Dýchání

Z Multimediaexpo.cz


Soubor:Breathing corset.gif
Ilustrace změny lidského těla během dýchání

Dýchání (respirace, ventilace) je proces výměny plynů, zejména kyslíku a oxidu uhličitého, mezi organismem a jeho externím prostředím. Projevem tohoto procesu navenek je dech. Dýchání však představuje rovněž kaskádu chemických reakcí v buňkách, které se označují jako buněčné dýchání, tedy užití kyslíku k oxidaci organických molekul a k výrobě ATP. Dýchání je proces typický pro aerobní organismy. Zdrojem kyslíku je vnější prostředí, rovněž zvané respirační médium. Respiračním médiem může být vzduch (např. u suchozemských živočichů, většiny rostlin a hub) nebo voda (především vodní živočichové).

Obsah

Dýchací soustava

Soubor:Respiratory system complete en.png
Lidská dýchací soustava (anglicky)


Místem, kde probíhá výměna plynů, je tzv. respirační povrch. Mechanismem přenosu plynů je vždy difuze, jejíž rychlost je přímo úměrná povrchu, jímž výměna probíhá, a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti, přes níž difuze probíhá.[1] U prvoků a dalších jednobuněčných organismů probíhá dýchání na celém povrchu těla (buňky). Také u žahavců a ploštěnců nejsou vyvinuty žádné specializované mechanismy a dýchání probíhá na celém povrchu jejich těla (stejně jako u žížaly). U jiných mnohobuněčných živočichů jsou vyvinuty specializované orgány, které mají zpravidla velký povrch. Třemi nejběžnějšími dýchacími orgány jsou plíce, žábry a vzdušnice.[1] Tyto orgány vytváří specifickou orgánovou soustavu, zvanou dýchací soustava. Rozlišujeme různé dýchací soustavy, specializované na různé životní podmínky. Zatímco žábry se vyskytují především u vodních organismů, plíce se vyvinuly u organismů suchozemských. Přesto je mechanismus funkce u všech dýchacích soustav podobný.

Proces dýchání

Při dýchání dochází k tzv. ventilaci, díky níž je čerstvý vzduch stále v kontaktu s povrchem dýchacího orgánu. V praxi to u suchozemských obratlovců znamená, že nádechem se dostane nový vzduch do plic a výdechem se použitý vzduch odstraní. U různých skupin organismů se však vyvinuly rozdílné mechanismy ventilace dýchacího orgánu. Po těle se rozvádí kyslík buď systémech "trubek" (vzdušnice hmyzu), nebo častěji rozpuštěn v krvi. V krvi jsou přítomné dýchací pigmenty, jako je hemocyanin (někteří členovci, měkkýši), nebo hemoglobin (obratlovci).

Mechanismus dýchání u suchozemských obratlovců

Vdech a výdech

Dýchací pohyby obecně zabezpečuje dýchací svalstvo a některé další orgány. Známe rozličné způsoby, jak do plic dostat čerstvý vzduch. Například žáby dýchají při pozitivním tlaku. To znamená, že před vdechem sníží dno dutiny ústní, natáhnou vzduch do nozder, stlačí ústní dutinu a vzduch je vtlačen dolů do průdušnice. U člověka a jiných savců se vyvinulo dýchání při negativním tlaku. U člověka je nitrohrudní tlak při vdechu i výdechu negativní vůči atmosférickému tlaku (při maximálním výdechu může být pozitivní). Konkrétní hodnoty u člověka jsou přibližně -0,8 kPa při vdechu a -0,33kPa při výdechu. Vzduch je při tomto způsobu do plic tažen, nikoliv tlačen. Rozdíl mezi max. nádechem a max. výdechem se nazývá vitální kapacita.

Dýchací svaly savců

Dýchací svaly mění objem hrudního koše, načež se roztahují plíce. Plyn se vždy přesouvá z místa vyššího tlaku do nižšího tlaku, a proto je vzduch nasáván do plic. Naopak při výdechu se objem plic zmenší a vzduch je vytlačen ven. Dýchací svaly se rozdělují na inspirační (vdechové) a na exspirační (výdechové), obě skupiny ještě na základní a na pomocné (pomocné jsou aktivní jen při zvýšené zátěži). Mezi vdechové svaly patří zejména bránice, která se při stahu vyklenuje do dutiny břišní, čímž prodlužuje podélnou osu hrudníku. Inervována je prostřednictvím bráničního nervu. Dále se ve větší míře uplatňují zevní mezižeberní svaly) (zdvihají žebra) a šikmé svaly (musculi scaleni, uplatňují se při zvýšené intenzitě dýchání). Také zdvihač hlavy (Musculus sternocleidomastoideus) zvedá částečně hrudní koš. Naopak při výdechu Při nezvýšeném dýchání je základním mechanismem výdechu pasivní retrakce plic a hrudníku vlastní tíhovou silou, případně potenciální elastickou sílou hrudníku a plic. Proto se v klidu neúčastní výdechu žádné svaly. Při zvýšené zátěži se uplatňují svaly pomocné, jako svaly tzv. břišního lisu, které táhnou bránici nahoru. Břišní lis tvoří přímý sval břišní, vnější a vnitřní šikmý sval břišní, příčný sval břišní aj. Dále se v tomto procesu mohou uplatnit vnitřní mezižeberní svaly, které táhnou žebra dolů.

Přenos krví

V plicních sklípcích kyslík difunduje do krve, a to na základě pravidla, že kyslík má v odkysličené krvi nižší parciální tlak. V rámci toho přechází přes tenký vlhký epitel plicních sklípků. Naopak oxid uhličitý má v krvi vyšší parciální tlak, a proto v plicích uniká přes epitel ven z kapilár. K přenosu v krvi využívají suchozemští obratlovci dýchacích pigmentů. U téměř všech obratlovců je jím hemoglobin v červených krvinkách. Hemoglobin má čtyři podjednotky, každá má svůj kofaktor (tzv. hemová skupina), jenž v svém centru nese atom železa. Každá molekula může přenášet čtyři molekuly O2. Z krve se dostává ven kyslík v tenkých kapilárách, kde se radikálně zpomaluje rychlost krve a kyslík podle gradientu svého parciálního tlaku přestupuje z krve do okolních tkání.

Řízení dýchání

Dýchací centra

Dýchací svaly u člověka jsou inervovány motoneurony umístěnými v C4-C8 a Th1-Th7 (v 1. až 8. krčním míšním segmentu a v 1. až 7. hrudním míšním segmentu). Těmto motoneuronům je nadřazené tzv. dýchací centrum v prodloužené míše. To je tvořeno dvěma skupinami neuronů, jež se navzájem inhibují: Jedna skupina, aktivní při vdechu, inhibuje druhou skupinu aktivní při výdechu a naopak. (Toto dýchací centrum také reaguje zvýšením frekvence v důsledku zvýšených potřeb organismu při tělesné zátěži.) Dýchacímu centru v prodloužené míše je nadřazena retikulární formace v prodloužené míše, která moduluje činnost dýchacího centra na základě aferentních signálů z periferních receptorů prostřednictvím různých zpětných vazeb a také signálů z vyšších etáží mozku. Na rozdíl od ovlivnění činnosti srdce je možné do dýchání zasahovat i vědomě: Je možné zadržet dech, ovlivnit rychlost dýchání apod. Daleko významnější však v tomto ohledu jsou automatické mechanismy, které řídí dýchání samostatně. Jejich chod zajišťuje především autonomní nervová soustava. Dýchání je úzce spjato s činností oběhové soustavy. Je také ovlivněno např. kašlacím a kýchacím reflexem, polykáním, zíváním, mluvením, zpíváním a různými emočními a psychickými vlivy.

Receptory a reflexy

Glomus caroticum a glomus aorticum, periferní chemoreceptory v oblouku aorty a při a.carotis communis registrují parciální tlak kyslíku (PO2) v arteriální krvi, ještě citlivější jsou na vzestup parciálního tlaku CO2 a snížení pH krve. Tyto receptory informují výše nadřazená centra zvýšením své frekvence impulsů. U kyslíku se to děje při snížení PO2 pod 13kPa (normální hodnota je 13,66 kPa).[2] Signály z glomus caroticum a aorticum cestou n.vagus a n.glossopharyngeus zajistí zvýšení dýchací frekvence, které zajistí opětovnou normalizaci PO2. Centrální chemosenzory na přední straně prodloužené míchy reagují na vzestup CO2 a pH v likvoru. Následuje jimi zprostředkované zvýšení dýchací frekvence , které hladinu CO2 v krvi a v likvoru sníží (pH se zvýší). Tento mechanismus je velmi efektivní: Např. při zvýšení PCO2 z 5 kPa na 9kPa se minutový dýchací objem zvýší desetinásobně.[2] Heringův-Breuerův reflex (taktéž Breuerův-Heringův reflex) snižuje hloubku dechů při zvýšené ventilaci. Na jeho počátku jsou tahové receptory v plicích, ve stěně trachey a bronchů. Činnost dýchacích svalů je ovlivňována zpětnými vazbami zprostředkovanými svalovými vřeténky. Tyto místní míšními reflexy přizpůsobují činnost dýchacích svalů odporům v plic a v hrudníku, které se mění v průběhu dýchání.

Poruchy související s dýcháním

Literatura

  • Silbernagl, S. a kol.: Atlas fyziologie člověka, Grada Publishing, 3.české vydání, Praha 2004.

Reference

  1. ↑ 1,0 1,1 CAMPBELL, Neil A.; REECE, Jane B.. Biologie. Praha : Computer press, 2006. S. 1332.  
  2. ↑ 2,0 2,1 Silbernagl, S. a kol.: Atlas fyziologie člověka, Grada Publishing, 3. české vydání, Praha 2004. s. 108


Citováno z „http://www.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/D%C3%BDch%C3%A1n%C3%AD“