Kvėpavimo sistema: plaučiai, dujų apykaita ir ląstelių kvėpavimas
Sužinokite, kaip kvėpavimo sistema ir plaučiai palaiko dujų apykaitą ir ląstelių kvėpavimą — deguonis, anglies dioksidas ir energijos gamyba žingsnis po žingsnio.
Apie biocheminį procesą žr. kvėpavimas
Kvėpavimo sistema, dar vadinama dujų apykaitos sistema, atlieka du pagrindinius darbus: organizmas išskiria anglies dioksidą ir įsisavina deguonį. Dujų mainai vyksta per daugiasluoksnę sistemą, kurioje Plaučiai yra svarbiausias organas. Plaučiai užtikrina kontaktą tarp oro ir kraujo, o taip pat apsaugo nuo mikroorganizmų ir svetimkūnių dalelių.
Pirmasis šio proceso etapas – įkvėpimas, arba įkvėpti. Įkvėpimas yra oro, kuriame gausu deguonies, patekimas į organizmą. Iškvėpimas – oro, kuriame daug anglies dioksido, išleidimas iš organizmo. Antrasis etapas – dujų apykaita plaučiuose, kai deguonis difunduoja į kraują, o anglies dioksidas difunduoja iš kraujo atgal į plaučių alveoles. Trečiasis procesas yra ląstelių kvėpavimas, kurio metu gaminama organizmo ląstelėms reikalinga cheminė energija ATP pavidalu ir susidaro anglies dioksidas. Galiausiai ląstelių kvėpavimo metu susidaręs anglies dioksidas iškvepiamas iš organizmo per plaučius.
Anatominė struktūra ir funkcija
Kvėpavimo takai prasideda nosimi ir burna, tęsiasi per ryklę (faringą), gerklas (laringą) ir trachėją, kuri skirstosi į dešinį ir kairį pagrindinius bronchus. Bronchai toliau dalijasi į vis mažesnius bronchiolius, galiausiai baigiasi oro maišeliais – alveolėmis. Alveolės turi labai plonas sieneles (epitelio ląstelės ir kapiliarai), sudarančias vadinamąją kvėpavimo membraną, per kurią vyksta dujų mainai.
Ventiliacija – kaip vyksta įkvėpimas ir iškvėpimas
Ventiliaciją (oro srautą į plaučius ir lauk) užtikrina kvėpavimo raumenys: diafragma ir tarpšonkauliniai raumenys. Įkvepiant diafragma susitraukia ir nusileidžia, krūtinės ląsta išsiplečia, sumažėja intrapleurinis slėgis ir oras patenka į plaučius. Iškvėpimas dažniausiai yra pasyvus procesas – raumenims atsipalaidavus, plaučiai susitraukia ir oras išeina. Sunkesnio kvėpavimo metu (fizinis krūvis, kosulys) aktyviai dalyvauja ir pilvo bei papildomi raumenys.
Dujų apykaita plaučiuose
Alveolėse deguonis iš oro per kvėpavimo membraną difunduoja į kapiliarų kraują dėl dalinių slėgių skirtumo, o anglies dioksidas juda priešinga kryptimi. Kvėpavimo membrana yra labai plona ir turi didelį paviršiaus plotą, todėl dujų mainai vyksta greitai ir efektyviai. Paviršinio aktyvumo medžiaga (surfaktantas) alveolių viduje mažina jų paviršinį įtempimą ir neleidžia joms sulipti iškvepiant.
Deguonies ir anglies dioksido transportas kraujyje
Dauguma deguonies kraujyje yra surišta su hemoglobinu raudonųjų kraujo kūnelių viduje (apie 97–98 %), likusi dalis ištirpusi plazmoje. Anglies dioksidas kraujyje vežamas trimis pagrindiniais būdais: ištirpintas plazmoje (~7 %), prisijungęs prie hemoglobino kaip karbamino junginiai (~20–23 %) ir daugiausia – chemiškai paverstas į bikarbonato joną HCO3– (~70 %). Kraujo pH, temperatūra ir hemoglobino sąveika (Bohr efektas) lemia, kaip lengvai deguonis atiduodamas audiniams.
Ląstelių kvėpavimas
Ląstelių kvėpavimas – tai biocheminiai procesai, kuriais ląstelė išskiria energiją iš maisto medžiagų. Aerobinis kvėpavimas vyksta mitochondrijose ir apima glikolizę, citrataus ciklą (Krebs’o ciklą) ir oksidacinę fosforilinimą – šių procesų metu gaminamas ATP, o galutiniai produktai yra H2O ir CO2. Kai nėra pakankamai deguonies, vyksta anaerobinis kvėpavimas (laktozės fermentacija žmogaus audiniuose), kai energijos gaminama mažiau ir kaupiasi laktatas.
Kvėpavimo reguliacija
Kvėpavimą valdo kvėpavimo centrai pailgosiose smegenyse (medulla oblongata) ir tilte (pons). Chemoreceptoriai jautriai reaguoja į arterinį CO2 kiekį (per pH pokyčius smegenų skystyje) ir į kraujo O2 bei pH (kraujo laivo cheminiai receptoriai miego ir aortos arterijose). Padidėjęs CO2 ar sumažėjęs O2 padidina kvėpavimo dažnį ir gylį – tai greita homeostatinė reakcija, palaikanti stabilų kraujo dujų bei pH lygį.
Pagrindinės sąvokos ir dažni sutrikimai
- Tidalinis tūris – įprastas vieno kvėpavimo tūris (apie 500 ml suaugusiajam).
- Vitokinė galia – maksimalus oras, kurį galima išpūsti po giliausio įkvėpimo.
- Astmа – lyginai uždegiminė liga, sukelia bronchų spazmus ir kvėpavimo takų susiaurėjimą.
- Kroninė obstrukcinė plaučių liga (KOPD) – ilgalaikis bronchų uždegimas ir emfizema, dažnai susijęs su rūkymu.
- Plaučių uždegimas (pneumonija) – infekcija, pažeidžianti alveoles ir sutrikdanti dujų mainus.
Praktinės rekomendacijos
Sveikas kvėpavimas priklauso nuo kvėpavimo takų švaros, geros fizinės būklės ir vengimo žalingų įpročių (rūkymo). Reguliarus aerobinis fizinis aktyvumas gerina plaučių ventiliaciją ir kraujo aprūpinimą deguonimi. Esant kvėpavimo sutrikimams ar ilgalaikiams simptomams (dusuliui, kosuliui, krūtinės skausmui), reikia kreiptis į gydytoją.
Šis straipsnis pateikia pagrindinę apžvalgą apie kvėpavimo sistemą, ląstelių kvėpavimą ir dujų apykaitą plaučiuose. Jeigu norite detalesnės informacijos apie tam tikrą sritį (anatomią, fiziologiją ar ligas), praneškite — papildysiu.
Kvėpavimas
Kvėpavimas yra pirmasis kvėpavimo etapas. Kad kvėpavimas vyktų, organizmui reikia nuolat tiekti deguonį, o tai daroma kvėpuojant. Įkvėpimas - tai oro įkvėpimas. Įkvepiant plaučiai išsiplečia, sumažėja oro slėgis plaučiuose. Tai lemia du veiksmai. Diafragma (raumeninis audinys, skiriantis plaučius nuo pilvo) traukiama žemyn. Taip pat susitraukia raumenys tarp šonkaulių, kad išsiplėstų krūtinė. Abu šie veiksmai išplečia plaučius. Norint užpildyti išsiplėtusius plaučius, į žemo slėgio plaučių sritį plūsta aukštesnio slėgio oras iš išorės. Pirmiausia oras patenka pro nosį ir burną, tada pro gerklas (balso dėžutę), paskui trachėją (trachėją), į plaučius ir išeina.
Plaučius sudaro daugybė vamzdelių arba atšakų. Kai oras patenka į plaučius, jis pirmiausia patenka į šakas, vadinamas bronchais, paskui į mažesnes šakas, vadinamas bronchiolėmis, ir galiausiai į oro maišelius. Dujų apykaita vyksta oro maišeliuose, kur deguonis keičiamas anglies dioksidu. Dabar oro maišeliuose esantį anglies dioksidą reikia iškvėpti arba iškvėpti. Atvirkščiai nei įkvepiant, diafragma ir šonkaulių raumenys atsipalaiduoja, todėl plaučiai tampa mažesni. Kadangi oro slėgis plaučiuose yra didesnis, kai plaučiai yra mažesni, oras išstumiamas. Iškvėptame ore yra didelė anglies dioksido ir maža deguonies koncentracija. Didžiausias įkvepiamo ir iškvepiamo oro tūris vadinamas gyvybine plaučių talpa ir siekia iki penkių litrų.
Dujų mainai
Įkvėptas oras patenka į oro maišelius, esančius kiekvieno bronchiolio gale. Oro maišeliai vadinami alveolėmis - jie turi didelį paviršiaus plotą, yra drėgni, ploni ir arti kraujo šaltinio. Įkvėptame ore deguonies koncentracija yra daug didesnė nei anglies dioksido, o į plaučius tekančiame kraujyje anglies dioksido yra daugiau nei deguonies. Dėl to susidaro koncentracijos gradientas tarp oro maišeliuose esančio oro ir kraujo, t. y. ore deguonies yra daugiau nei kraujyje.
Dėl membranos deguonis lengvai difunduoja į vidų ir lauk. Didelė deguonies koncentracija oro maišeliuose difunduoja į kraują, kuriame deguonies koncentracija maža, o didelė anglies dioksido koncentracija kraujyje difunduoja į oro maišelius, kuriuose anglies dioksido koncentracija maža. Kraujyje esantis deguonis patenka į kraujotakos sistemą ir yra naudojamas organizmo ląstelių. Oro maišeliuose esantis anglies dioksidas iškvepiamas iš organizmo.
Susiję puslapiai
- Kvėpavimas
- Kvėpavimo takai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra kvėpavimo sistema?
A: Kvėpavimo sistema, dar vadinama dujų apykaitos sistema, yra organizmo procesas, kurio metu atsikratoma anglies dioksido ir įsiurbiamas deguonis.
K: Kokie yra pagrindiniai šiame procese dalyvaujantys organai?
A: Pagrindinis šio proceso organas yra plaučiai.
K: Koks yra pirmasis šio proceso etapas?
A: Pirmasis šio proceso etapas yra oro įkvėpimas, arba įkvėpimas. Įkvėpimas - tai oro, kuriame gausu deguonies, patekimas į organizmą.
K: Kas vyksta dujų apykaitos metu?
A: Vykstant dujų apykaitai deguonis difunduoja į kraują, o anglies dioksidas difunduoja iš kraujo.
K: Kaip ląstelių kvėpavimas gamina energiją ląstelėms?
A: Ląstelinio kvėpavimo metu susidaro cheminė energija, reikalinga ląstelėms funkcionuoti, ir anglies dioksidas.
K: Kur patenka ląstelių kvėpavimo metu susidaręs anglies dioksidas?
A: Ląstelinio kvėpavimo metu susidaręs anglies dioksidas iš organizmo iškvepiamas iš plaučių.
Ieškoti