From Wikipedia, the free encyclopedia
Fiziologija disanja čovjeka je područje medicinske fiziologije koja proučava procese disanja neposredno povezane s potrošnjom kisika i oslobađanjem ugljičnog dioksida, koji imaju za cilj stvaranje i oslobađanje energije potrebne u čovjekovim životnim procesima.
Svi poznati živi organizmi vrše razmjenu plinova s njihovim okolišem. Ova razmjena je poznata kao disanje. Za održavanje života, kisik se mora udisati u pluća, zatim procesom difuzije kroz alveolno-kapilarnu membranu i hemoglobinom u kroz krvotok prenijeti do tkiva i potom u stanice tkiva u kojima se odvija aerobni metabolizam.
Disanje se može opisati kao spontani, ritmički mehanički proces. Grčenjem i opuštanjem (kontrakcija i relaksacija) mišića tijekom disanja nastaje kretanja plinova iz vanjskog okoliša u pluća i obratno, čime tijelo dobiva plinoviti medij za razmjenu plinova.
Vanjsko disanje se odvija u alveolama pluća. Zrak, koji sadrži kisik, iz vanjske sredine mehaničkim procesom disanja ulazi u alveole pluća. Iz udahnutog zrak u alveolama, kisik difuzijom prelazi u krvotok. U isto vrijeme, ugljični dioksid difuzijom iz venske krvi prelazi u alveole odakle s izdahnutim zrakom napušta pluća.
Disajni ciklus je nesvjestan proces koji se neprekidno ponavlja, osim ako je zbog poremećaja svijesti nastao poremećaj u njegovoj regulaciji. Vanjsko disanje odvija se u dvije faze:
Kretanje zraka prema plućima je aktivna faza vanjskog disanja, ili udisanje. Ono je uzrokovano širenjem zida grudnog koša i spuštanjem prečage naniže. Udah povećava volumen pluća i u njima stvara područje niskog tlaka. Budući da je veći tlak izvana, zrak prodire u pluća.
U tijeku mirnog disanja intrapleuralni tlak, u odnosu na atmosferski na početku udisanje, je oko (-2,5 mmHg) i smanjuje se na približno (-6 mmHg) na kraju inspirijuma. Za to vrijeme tlak u plućima varira u rasponu od 0 do -1,2 mmHg, tj. postaje blago negativan.
Pri maksimalnom udahu promjer grudnog koša povećava se za 20%. Normalna broj dišnih ciklusa je 12 udisaja u minuti, a zapremina udahnutog zraka pri jednom udahu je oko 500 ml. Prema tome,minutni volumen disanja(ili količina zraka koja prođe kroz pluća), prosječno je oko 6 litara u minuti.
U pasivnoj fazi vanjskog disanja - izdisanje, ošit se podiže naviše a zid grudnog koša se sužava, što dovodi do povećanja tlaka unutar pluća. Nakon što se otvori glotis, tlak unutar pluća izbacuje zrak, zajedno s oslobođenim CO2 iz krvi, u atmosferu.
Unutarnje disanje je proces koji se odvija na razini tkiva i stanica, koje iz kisikom obogaćena krvi koriste kisik a u nju vraćaju ugljični dioksid. Ovaj mehanizam, poznat je i kao metabolički procesa, proizvodnje energije neophodne za život. Unutarnje ili stanično disanje je isti proces, koji se odvija postupno, u nekoliko koraka, a čiji je rezultat pretvaranje energije pohranjene u molekulama glukoze u upotrebljivu kemijsku energiju u obliku ATP-a.
Živčani sustav prilagođava veličinu alveolarne ventilacije potrebama organizma. Zahvaljujući pri tome, da se tlakovi kisika i ugljičnog dioksida u krvi minimalno mijenjaju i kod teških opterećenja respiratornog sustava. Centar za disanje se nalazi u produženoj moždini i ponsu, a regulacija disanja odvija se kontinuiranim emitiranjem impulsa.
Krajnji cilj disanja je održavanje povoljnih koncentracija kisika, ugljičnog dioksida i vodikovih iona u tjelesnim tekućinama. Povećanje ugljičnog dioksida ili vodikovih iona utječe na respiraciju, tako što nadražuje centar za disanje i dovodi do uklanjanja viška plinova ubrzanjem respiracije. Regulacija ugljičnog dioksida se vrši mehanizmom povratne sprege, tako da u toku pneumonija, emfizema i drugih plućnih bolesti, ovaj sustav može povećati alveolarnu ventilaciju-disanja 5-7 puta.
Dišni sustav sastoji od dišnih putova i organa koji unose atmosferski zrak u organizam.
Usno nosni prolaz se sastoji iz usnica, usne šupljina, nosnica i nosne šupljine-nazalni prolaz. Ovaj prolaz oblaže sluznica koja je prekrivena cilijarnim epitelom, čija je osnovna uloga filtriranje i vlaženje zraka. Mehanička nečistoća, iz udahnutog zraka, sa zadržavaju u usnoj i nosnoj šupljina na vlažnom epitelu odakle se mehaničkim putem odstranjuju iz nosa i usta (kašljanjem, kihanjem, slinom) ili gutanjem. Sluz s uhvaćenim česticama se pokreće jedan centimetar u minuti do konačnog izbacivanja ili gutanja. U nosu i ustima zrak se zagrije i ovlaži vodenom parom, prije nego stigne u pluća. Kada bi čovjek udisao zrak kroz običnu cijev, suh i hladan zrak koji dopire u donje dijelove pluća pogodovao bi infekciji. Zrak koji ulazi kroz nosne šupljina je bolje filtrirani zrak od onoga koji ulazi kroz usta. Zato se savjetuje da se disanje kad god je to moguće obavlja preko nosa.
Ždrijelo je tjelesna šupljina koja s jedne strane spaja usnu i nosnu šupljina a s druge grkljan. Glavna uloga ždrijela u procesu disanja je primiti zrak iz nosne i usne šupljina i zagrijati ga na temperaturu tijela prije njegovog ulaska u respiratorne sustav.
Grkljan je organ dišnog sustava koji je smješten u prednjem dijelu vrata. Organ je cjevastog oblika i počinje otvorom u donjem dijelu ždrijela (hipofarinksu), a nastavlja se u dušnik (traheu). Glavna funkcija grkljana je disanje, dok je kroz evoluciju prilagođen i fonaciji (govoru). Posebnu ulogu u zaštiti disanja ima grkljanski poklopac (lat. epiglotis), koji sprečava da hrana završi u grkljanu i dalje u dušniku, tj. sprečava aspiraciju i eventualno gušenje.
Dušnik ili trahea, je cijev kroz koju zrak dospijeva u bronhije.
Faze vanjskog disanja
Zrak iz dušnika nastavlja kretanje naniže kroz bronhije i bronhiole, ka sve manjim prolazim, ili duktusima, dok ne dospije u alveole plućnog tkiva. Glavna dušnica, po ulasku u pluća, silazi koso nadolje i obrazuje bronhijalno stablo. Plućni režnjić, je osnovna jedinica građe pluća, ima oblik piramide, veličine oko 1 cm². Kroz njegov vrh ulazi bronhiola koja se grana dajući sitne alveole, poluloptasta proširenja njezinih zidova. Bronhiola formira strukture koje liče na grozd a svaka bobica predstavlja alveolu
Alveola je najvažniji dio pluća, oblika mjehurića promjera 0,3 mm i u prosjeku ih ima oko 150 milijuna. Alveole su tvorevina vrlo tankih zidova, kojih u plućima ima oko 300 milijuna, s ukupnom površinom koja je u kontaktu s kapilarima od oko 70 m². Svaka mala alveola okružena je mrežom kapilara kojima se pridružuju arterije i vene. Na mikroskopskom pregledu kapilara se vidi da promjer njegovog zid čini samo jedna ćelija. Plućni kapilara su toliko uski da se crvena krvna zrnca mogu kretati kroz njih samo u jednom nizu. Razmjena plinova CO2 i O2 se odvija na razini alveola.
Primarna funkcija disanja je unos kisika. Kisik ulazi u tijelo putem dišnog sustava, a zatim se u tijelu kroz cirkulatorni sustav dostavlja do svih njegovih dijelova. Sve stanice u tijelu za potrebe metabolizma hrane imaju potrebu za kisikom.
Ugljični dioksid je jedan od nusproizvoda u metaboličkim procesima. Ugljični dioksid se otapa u krvnoj plazmi, koja ga zatim prenosi iz tkiva do pluća odakle se on izbacuje iz tijela.
Kada ugljični dioksid uđe u kapilare, on reagira s vodom, te nastaje ugljična kiselina. Ta reakcija se ubrzava fermentima do 5000 puta. Već u sljedećem trenutku ova kiselina disocira na bikarbonatne jone i u ovom bezopasnom stanju se prenosi do pluća. Ovim procesom je omogućeno da se ugljični dioksid 15-20 puta lakše transportira.
Tjelesna temperature se obično održava u rasponu od (36.1 do 37,0°C). Isparenje tjelesnih tekućina (kao što je znojenje) je jedna od metoda koja pomaže uklanjanju topline i održavanju toplinske ravnoteže tijela. Vlažan zrak tokom izdisanja također pomaže u procesu eliminacije topline. Negativan efekt može biti gubitak velike količine topline zbog velike površine pluća.
U tijelu postoji složena ravnoteža između količine kisika i ugljičnog dioksida. Kretanje ugljičnog dioksida i kisika odvija se kroz brojne kemijske promjene u hemoglobinu i krvnoj plazmi. Poremećaj u radu ovih kemijskih puteve mijenja kemijsku ravnotežu tijela.
Pod normalnim uvjetima, relativni nivo acido-bazne ravnoteže (pH razina) u tijelu je u rasponu od 7,35 do 7,45. Tijekom disanja raste parcijalni tlak ugljičnog dioksida, povećava se razina kiselosti, i pH vrijednost se snižava na manje od 7,3. Isto tako, previše malo ugljičnog dioksida izaziva porast bazne reakcije krvi i porast pH vrijednosti. Budući da ljudsko tijelo održava acido-baznu ravnotežu unutar uskih granica, disajni centar mozga reagira pri svakoj promjeni pH i parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida (pCO2) u krvi. Kada dođe do promjena acido-bazne ravnoteže i pH, kemijski receptore aktiviraju disajni proces kako bi se pCO2 i pH razina normalizirali. Raspon od 7,2 do 7,6 je kritična granica nužne za kretanje kisika kroz krv i ulazak kisika u tkiva.
Na razmjenu plinova kroz plućne membrane utječu sljedeći čimbenici;
Uloga eritrocita i hemoglobina u dišnom procesu
Kada kisik dospije u plućne alveole, ona prolazi tanku staničnu barijeru alveola i kreće s prema plućnim kapilarama gdje se u krvi veže u labavu vezu s hemoglobinom. Dakle, dolazi do zasićenje hemoglobina u eritrocitima krvi kisikom.
Glavnu ulogu u ovom procesu obavljaju eritrociti, kojih u organizmu ima 25 000 milijardi. Pošto se kisik prenosi slobodnom difuzijom, potrebno je da eritrocit primi molekulu kisika. Prisustvo hemoglobina u eritrocitima omogućava krvi da prenese 30-100 puta više kisika, nego što bi mogla prenijeti da je kisik rastvoren u plazmi (svega 0,3%). U svakoj molekuli hemoglobina ima 4 atoma željeza, a svaki atom željeza vezuje jedan molekula kisika. Molekula hemoglobina tijekom disanja mijenja svoj oblik, a to je najmanja molekularna struktura koja diše. Kada hemoglobin veže kisika - skuplja se, a kada otpušta kisika - širi se. To je paradoksalan proces u odnosu na onaj koji se događa u plućima. Hemoglobin pokazuje izuzetnu kompleksnost i fleksibilnost da bi odigrao ulogu stalnog koordinatora količine kisika i ugljičnog dioksida.
Lokacija | pO2 (mmHg) | pCO2 (mmHg) | pH2O (mmHg) | pN2 (mmHg) |
Udahnuti zrak | 158,0, | 0,3 | 5,7 | 596,0 |
Alveolarni zrak | 100,0 | 40,0 | 47,0 | 573,0 |
Izdahnuti zrak | 116,0 | 32,0 | 47,0 | 565,0 |
Desno srce | 40,0 | 46,0 | 47,0 | 573,0 |
Lijevo srce | 95,0 | 40,0 | 47,0 | 573,0 |
Tkiva | -40,0 | +46,0 | 47,0 | 573,0 |
Količina kisika i ugljičnog dioksida razmijenjena difuzijom preko alveolno-kapilarne membrane i krvi zavisi prije svega od razlike parcijalnog tlaka kisika i ugljičnog dioksida u alveolarnom zraku i njihovog parcijalnog tlaka u venskom dijelu kapilara.
Taj tlak, i njegova diferencijalna razlika bitna je za pravilnu saturaciju kisikom krvi, posada zrakoplova, jer s visinom pada zasićenje krvi kisikom, zbog snižavanja atmosferskog tlaka zraka. Ovaj pad u zasićenju krvi kisikom može dovesti do hipoksije, koja je posljedica smanjene količine kisika u tkivima tijela.
Visina(m) | Atmosferski tlak (mmHg) | pAO2(mmHg) | pVO2(mmHg) | Razlika tlaka(mmHg) | Zasićenje krvi kisikom(%) |
na razini mora | 760 (664-803) | 100 | 40 | 60 | 98 |
3.000 | 523 | 61 | 31 | 29 | 87 |
5.500 | 380 | 38 | 26 | 12 | 72 |
7.000 | 282 | 7 | 4 | 3 | 9 |
11.000 | 179 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Prema fiziološkom učinku dostignute visine na procese disanja u organizmu čovjeka izvršena je sljedeća podjela atmosfere;
Na manjim visinama (do 3000 metara) alveolarni parcijalni tlak kisika (pO2) ne smanjuje se u tolikoj mjeri kao pO2 u atmosferi, jer smanjen tlaka kisika donekle nadoknađuje povećana ventilacija pluća i veće naprezanje kardiovaskularnog sustava. Međutim na većim visinama pO2 se daleko više smanjuje u alveolama pluća nego u atmosferskim zraku, zbog razrjeđenja kisiku u udahnutom zraku. Razlog za ovo smanjenja je;
Visina (m) | Atmosferski tlak (kPa) | pO2 u zraku(kPa) | pCO2 u alveolama (kPa) | rO2 u alveolama (kPa) | Arterijsko zasićenje krvi kisikom |
na razini mora | 101,3 | 21,2 | 5,3 | 13,9 | 0,97 |
3.000 | 69,7 | 14,7 | 4,8 | 8,9 | 0,90 |
6.000 | 46,5 | 9,7 | 3,2 | 5,3 | 0,73 |
9.000 | 30,1 | 6,3 | 3,2 | 2,8 | 0,30 |
12.000 | 18,8 | 3,9 | 3,2 | 1,6 | 0,15 |
15.000 | 11,6 | 2,4 | 3,2 | 0,3 | 0,02 |
Ako pretpostavimo da barometarski tlak padne na 13,3 kPa, od te vrijednosti na parcijalni tlak vodene pare (pH2O) otpada 6,3 kPa, za sve ostale plinove ostaje 7 kPa. (13,3-6,3 = 7). Na velikim visinama od 7 kPa, mora se oduzeti tlak CO2 tako da u zraku ostaje svega 3,8 kPa (7-3,2 = 3,8) plina. Pod uvjetom da se kisik ne troši od 3,8 kPa treba oduzeti 4/5 koliko zauzima dušik, tako da na pO2 otpada 0,8 kPa. Imajući u vidu da su do tog momenta tkiva iznimno anoksična, značajnu količinu kisika apsorbirat će krv, tako da u plućima ostaje svega 0,26 kPa tlaka kisika, što je nedovoljno za normalan proces disanja. Na temelju ovoga zaključujemo da čovjek na atmosferskom tlaku od 13,3 kPa, ne bi mogao preživjeti ako bi udisao samo atmosferski zrak.
Primjer: na visini od 15.500 metara barometarski tlak zraka je 11,6 kPa, što je nedovoljno za normalan proces disanja, zato je potrebno udisanje 100% kisika pojačati i nadtlakom. Vrijednost nadtlaka možemo izračunati ako od donje granice tlaka na kojoj se obavlja proces disanja 100% kisika (18,8 kPa) oduzmem vrijednost tlaka na zadanoj visini (18,8-11,6 = 7,2 kPa). S ovim nadtlakom, od 7,2 kPa, postiže se vrijednost parcijalnog tlaka kisika na visini od 15.500 metara koja osigurava zasićenje hemoglobina u krvi oko 90%.
Disanje pod nadtlakom je umjetno povećanje smanjenog djelomičnog tlaka kisika u udahnutom zraku, kao jedna od osnovnih mjera u borbi protiv smanjenog barometarskog tlaka atmosferskog zraka i pojave hipoksije u tijelu pilota za vrijeme letenja na većim visinama.
Tlak plina ostvaruje se samo za vrijeme udisanja, dok tijekom izdisanja tlaka nema. Na ovaj način je promijenjen normalni respiratorni ciklus jer je sada udah pasivna faza a izdah aktivna faza. Tijekom izdisanja potrebno je izvršiti određeni rad da bi se stvorio povećan negativan tlak u prsnom košu, koji će istisnuti zrak kako bi se tlak izjednačio s vanjskim. Dok disanje dovodi u pluća pozitivni tlak ostali dijelovi tijela su izloženi okolnom pritisku zraka.
Disanje 100% kisika pod nadtlakom od 11,7 kpa osiguralo bi trajnu uspješnu zaštitu od hipoksije na bilo kojoj visini. Međutim ovako veliki nadtlak je neostvarljiv jer dovodi do; dekompresijske bolesti i fizioloških poremećaja u radu respiratornog sustava.
Mogućnosti disanja kisika pod nadtlakom nisu neograničene, te nakon prelaska vrijednosti od 7,8 kPa dolazi do značajnih poremećaja u radu kardiovaskularnog i respiratornog sustava, a na većim tlakovima moglo bi doći i do pucanja pluća.
Da bi se ovo spriječilo uvedena su specijalna odijela s nadtlakom koja stvaraju tlak s vanjske strane tijela pilota, s ciljem da se vanjski tlak izjednači s unutrašnjim tlakom. Samo s ovakvim odijelom dobro se podnosi disanje pod nadtlakom i do 20,7 kPa
Kako je disanje kisika pod nadtlakom veoma naporno, njegova primjena nije preporučljiva duži vremenski period, a i sama oprema koja se koristi za tu namjenu znatno otežava rad pilota. Zato su suvremeni avioni tako napravljeni da su njihove kabine pod nadtlakom, što omogućava normalan rad pilota, a odijelo se koristi samo u slučaju nastanka izvanredne situacije (smanjivanje pritiska kabine na velikim visinama).
Kako bi čovjek osigurao normalan proces disanja na visini, mora poduzeti niz zaštitnih mjera:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.