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.