A LÉGZÉS ÉLETTANA

Légzés Légzés: az égést tápláló oxigén szállítása a szövetekbe és az égéstermék széndioxid eltávolítása a szövetekből Külső légzés: légzőkészülékünk biztosítja, amely a légutakból és a tüdőből áll. A külső légzés két összetevője: a levegőcsere és a gázcsere. Levegőcsere pulmonális ventilláció BELÉGZÉS és KILÉGZÉS folyamata: a levegő mozgása a környezetből a légutakon át a tüdőbe és a levegő mozgása a tüdőből a légutakon át a környezetbe Gázcsere pulmonális diffúzió Az oxigén felvétele és széndioxid leadása a tüdő léghólyag (alveolus) falán át a levegő és a vér között. Belső légzés – gázcsere a szövetekben (szöveti légzés) – gázcsere a vér és szövetek között (oxigén távozik a vérből a szövetekbe és széndioxid kerül a szövetekből a vérbe)

a levegő útja testünkben – LÉGZŐRENDSZER ventilláció LEVEGŐCSERE: ORR nasus GARAT pharynx GÉGE larynx LÉGCSŐ trachea HÖRGŐ bronchus 1. jobb és bal főhörgő 2. jobb oldalon három lebenyhörgő, bal oldalon kettő 3. utána ismételten elágaznak 4. és így tovább sokszor HÖRGŐCSKE bronchiolus LÉGHÓLYAG alveolus

A TÜDŐ ÉS A MELLKAS MECHANIKÁJA Vezető zóna (az első 16 oszlás) Kicserélődési zóna – gázcsere A gázkeverék mozgásának hajtóereje a nyomásgradiens A légzésmechanikát befolyásoló tényezők a tüdők összeesési (kollapszus) tendenciája a mellkasfal tágulási tendenciája

A kollapszus tendenciát két tényező ellensúlyozza: Kollapszus tendencia A légutak hámját vékony folyadékréteg borítja A folyadék-gáz határon jelentős felületi feszültség keletkezik. hörgőkben, hörgőcskékben (vastagabb fal) kollapszus tendencia nem érvényesül alveolusokban az összeesési tendencia nagy (fal vékony) A kollapszus tendenciát két tényező ellensúlyozza: alveolusok interdependenciája feszültséget csökkentő anyag - surfactant.

A mellkas tágulási tendenciája A bordák helyzete és a mellkasfal szerkezete révén a mellkasnak nyugalmi állapotban tágulási tendenciája van. Ha a mellkasfalat vagy a tüdőt sérülés éri, és levegő áramlik a virtuális térségbe, a két mellhártya lemeze elválik, a tüdő a sérült oldalon összeesik, a mellkas pedig kitágul. Ez az állapot a légmell (pneumothorax).

tüdő kollapszustendenciája kiegyensúlyozza a mellkasfal tágulási tendenciáját

MELLŰRI NYOMÁS A mellhártyák közötti rés a mellhártyaűr, („pleuraűr”) - nyugodt kilégzés után az itt mért nyomás (Ppl) a légköri nyomásnál 2-4 Hgmm-rel kisebb

Belégzés és kilégzés Nyugalom Belégzés Kilégzés Szegycsont Bordák Rekesz- izom Kilégzés Nyugalmi helyzetnek (légzési középhelyzet) a nyugodt kilégzés utáni állapot felel meg. Belégzéskor nő a mellkas és a tüdő térfogata, ezért a tüdőben a nyomás a külső légköri nyomás alá csökken, lehetővé téve a belégzést. Kilégzéskor csökken a mellkas és a tüdő térfogata, a növekvő nyomás hatására kiáramlik a levegő a tüdőből. A mellkas térfogatváltozásának az okai: Rekeszizom: Nyugalomban bedomborodik a mellkasba. Belégzéskor összehúzódik és laposabbá válik, ezáltal nő a mellkas térfogata. Kontrakciója a belégzés alatti térfogatnövekedés jelentős részéért (75%) felelős. Kilégzéskor passzív, elernyed és újra bedomborodik a bordák mögé.

A mellkas térfogatváltozásának az okai: Belégzés alatt a külső bordaközi izmok kontrahálnak, a bordák megemelkednek, ezáltal nő a mellkas keresztmetszete (a szegycsont és a gerincoszlop távolsága) és a térfogata. Ez a tüdőben levő levegő nyomásának csökkenését okozza. Ezért a külső, nagyobb nyomású levegő a tüdőbe áramlik. Kilégzéskor a külső bordaközi izmok passzívak, ellazulnak. Ezért a bordák lesüllyednek, a mellkasfal –rugalmassága folytán- eredeti helyzetébe tér vissza. Csökken a mellkas térfogata és a benne lévő levegő nyomása pedig nő. Kiáramlik a levegő a tüdőből.

Erőltetett kilégzés A nyugodt kilégzés passzív folyamat. A belégzőizmok elernyedését követi. Az erőltetett kilégzés izommunkát igényel, aktív folyamat. A belső bordaközi izmok, a hasizmok süllyesztik a bordákat. Tudtad…? A mellüreg növelésében a rekeszizom és a bordaközi izmok különböző arányban vehetnek részt. Ennek alapján hasi (abdominális), vagy mellkasi (kosztális) légzést különböztetünk meg. A férfiak inkább az előbbi, a nők és a gyerekek inkább az utóbbi típusba sorolhatók. A különbség oka az izomzat tömegének és eloszlásának eltérése.

Légzési levegőtérfogatok 1. Respirációs levegő (VT): nyugodt, normál légvétel esetén be- és kilélegzett levegő mennyisége 0,5 l. Belégzési rezerv levegő (IRV): erőltetett belégzéskor (a VT-n túl) további 2,5 l levegő kerülhet a tüdőbe. Belégzési tartalék levegőnek is nevezik. Kilégzési rezerv levegő (ERV): erőltetett kilégzéssel kb. 1 l levegő távozik a tüdőből. Kilégzési tartalék levegőnek is nevezik. Vitál kapacitás (VC): átlagosan 4l. Értékét a légzési tartalékok és a respirációs levegő mennyisége együttesen adja meg. Reziduális levegő (RV): erőltetett, fokozott kilégzés után a tüdő nem válik légtelenné, a benne maradó ún. maradék levegő térfogata kb. 1,5 l. Funkcionális reziduális kapacitás (FRC): a respirációs levegő kilégzése után a tüdőben visszamarad kb. 2,5 l levegő. Teljes tüdőkapacitás: az emberi tüdők átlagosan 5,5 l levegőt fogadhatnak be. (VC+RV)

Légzési levegőtérfogatok 2. Belégzés Idő Térfogat (l) VT: normál légvétel= 0,5 l IRV: belégzési tartalék= 2,5 l ERV: kilégzési tartalék= 1,0 l RV: maradék levegő= 1,5 l FRC: funkcionális reziduális kapacitás= RV+ERV =2,5 l VC: vitálkapacitás= VT+IRV+ERV= 4 l Tudtad…? A mellkas légzés alatti kitéréseit pletizmográfiásan, a légzőmozgásokat röntgenátvilágítással, a be- és kilélegzett levegőtérfogatokat spirometriával vizsgálják.

SPIROMETER

A tüdő ventillációja (légzési perctérfogat) A légzési perctérfogat (VE) egy légvétel nagyságának (VT) és a légzésszámnak a szorzata (f): VE = VT ´ f A pihenő, nyugodt felnőtt ember légzése szabályos ritmusú, automatizált, általában nem tudatosul. Neve: eupnoe. Ekkor a respirációs levegőt lélegezzük be és ki. A légzés frekvenciája 12-16 légvétel percenként. A légzési perctérfogat 7-8 l.

Gázcsere (diffúzió) levegő és vér között A gázcsere újratölti a vért oxigénnel és eltávolítja a vénás vérből a széndioxidot. A folyamat a respirációs membránon keresztül történik, amely a léghólyag és a kapilláris falából áll. .

GÁZTÖRVÉNYEK a gázcsere fizikai alapjai Dalton törvény: Egy gázkeverék nyomása megegyezik a keveréket alkotó egyes gázok (levegő=O2+N2+CO2) nyomásainak összességével, azaz parciális nyomásaival. A parciális nyomást P-vel jelöljük az adott gáz előtt, pl. az oxigén parciális nyomását PO2-nek rövidítjük. Henry törvény: A gázok a parciális nyomásuk arányában oldódnak folyadékban. Az oldódás mértéke függ a hőmérséklettől és a folyadék minőségétől.

A levegőt alkotó gázok parciális nyomásai w Atmoszférás nyomás a tengerszinten = 760 mmHg w A levegő 79.04%-a nitrogén (N2); parciális nyomása (PN2) = 600.7 Hgmm (760 Hgmm ´ 0.7904) w A levegő 20.93%-a oxigén (O2); PO2 = 159.1 Hgmm w A levegő 0.03%-a széndioxid; PCO2 = 0.2 Hgmm

Hogyan megy végbe a gázcsere? Az alveolusban lévő levegő és a vérben oldott gázok parciális nyomása NYOMÁSGRÁDIENST hoz létre. Az egyes gázok közti nyomáskülönbségek passzív módon mozgatják a gázokat a respirációs membránon át. A gázok a nagyobb nyomású hely felől a kisebb nyomású hely felé áramlanak. Ezt nevezzük diffúziónak. Milyen parciális nyomáskülönbségek vannak a levegő és vér gázok között? levegő = PO2 + PCO2 159.1 + 000.2 Hgmm vér = PO2 + PCO2 100.0 + 40.00 Hgmm

Gázok parciális nyomása tengerszinten Total 100.00 760.0 760 760 760 0 H2O 0.00 0.0 47 47 47 0 O2 20.93 159.1 105 100 40 60 CO2 0.03 0.2 40 40 46 6 N2 79.04 600.7 568 573 573 0 Parciális nyomás (Hgmm) Gáz % Levegő Alveolus Artériás Vénás Diffúziós vér vér grádiens

Gázcsere a tüdőben Külső légzés= oxigén felvétele és a széndioxid leadása a légköri levegő és a vér között= tüdőlégzés

Légzési gázok szállítása

Oxigén vörösvértestek hemoglobinjához kötötten – 98% a plazmában, oldott állapotban – 2%

Hemoglobin szerkezete 4 alegységből áll Alegység – polipeptidlánc + hem (vastartalmú porfrinszármazék) Tetramért 2-2 azonos polipeptidlánc alkotja 2α, 2β Vas két vegyértékű →reverzíbilisen köti az oxigént→Oxihemoglobin Deoxigenált hemoglobin→Dezoxihemoglobin

Hemoglobin oxigén telítettsége 0 és 20 Hgmm közötti a hemoglobin telítetlen Emberi vérben 26 Hgmm-es oxigénnyomáson a hemoglobin fele telített 40 Hgmm-es oxigénnyomás mellett (ez a jobb kamrai kevert vér nyomása) a telítettség kb. 75%-os. Az alveoláris terekben 100 Hgmm-es nyomáson a saturáció 97-98%.

Hemoglobin szaturációját befolyásoló tényezők CO2 - Bohr effektus. Ez azzal magyarázható, hogy a CO2 a plazmában oldódik, és szénsav keletkezik. A szénsav labilis vegyület mely alkotóelemeire bomlik: H+ és HCO3-. A H+ megjelenése fokozza a vér savasságát→a hemoglobinhoz kapcsolódó protonok csökkentik a Hb oxigénaffinitását A hőmérséklet emelkedése (37-40 oC) jelentős desaturációt eredményez.

A hőmérséklet emelkedése jelentős desaturációt eredményez.

A negatív töltést tartalmazó 2,3 BPG-anion (2,3-bisz-foszfoglicerát-anion, glikolízis során képződik) a redukált hemoglobin β-alegységeihez kapcsolódik és csökkenti a Hb O2-affinitását. Ha a 2,3 BPG-anion koncentráció 5 mmol/l alá csökken, hemoglobin oxigénaffinitása növekedik Magzatban hiányzik

CO2 karbaminohemoglobin – 5% a plazmában, oldott állapotban – 5% bikarbonát – 90%

Rendellenes hemoglobinok Karbohemoglobin Elégtelen égés Methemoglobin Reduktáz genetikai hibája Hibás hemoglobinok Ivóvíz nitráttal való szennyeződése

Belső légzés oxigén leadása és a széndioxid felvétele a vér és a szövetek között= sejt- vagy szövetlégzés

Összegzés Külső és belső légzés Az oxigén a vérben hemoglobinhoz kötődve szállítódik. A hemoglobin oxigénszaturációja (telítettsége) csökken, ha csökken a PO2 vagy csökken a pH (savasodás),vagy ha nő a hőmérséklet. Ezek a tényezők elősegítik az oxigénnek a szövetekbe történő leadását. Az artériás vérben a hemoglobin oxigéntelítettsége általában 98%, amely magasabb, mint amire a szervezetnek szüksége van, így a oxigénszállító-kapacitás ritkán korlátozza a fizikai teljesítményt. A széndioxid a vérben fizikailag oldott állapotban, vagy bikarbonát formájában, vagy hemoglobinhoz kötve szállítódik.

A LÉGZŐMOZGÁSOK EREDETE ÉS SZABÁLYOZÁSA Idegi szabályozás Nem tudatos, automatikus Az automatikus légzőmozgásokat a nyúltagyi központok szabályozzák: belégző és kilégző központok Gerincvelő nyaki szakaszában a rekeszizom működését, a háti-ágyéki szakaszban pedig a bordaközti izmok és a hasizmok működését szabályozó központok találhatók A légvételek alapritmusát a nyúltagyi központok adják A ki- és belégzés váltakozását a hídban levő pneumotaxikus és apneusztikus központ határozza meg, ebben szerepet játszanak az alveolusok falában levő mechanoreceptorok légutak gyorsan adaptálódó receptorai, juxtakapilláris receptorok – tüdő extrém inflációja, hisztamin, prosztaglandin →hörgők szűkülése, nyáktermelés, gyors felületes légzés, köhögés b. Tudatos – agykéreg - légzésfrekvencia, amplitúdó

AGYTÖRZSI LÉGZŐKÖZPONTOK

II. Kémiai szabályozás - Centrális kemoreceptorok – agytörzsben -P CO2 növekedésére érzékenyek → agy-gerincvelői folyadékba diffundáló CO2 hidratálódik → H+ koncentráció növekedése → ventiláció fokozódása (artériás vér H+ koncentráció növekedésére nem érzékeny, vér/agygát miatt) - adaptálódnak a magas P CO2

- Perifériás kemoreceptorok (fejosztóértörzs glomuszában, aorta) - artériás vér O2 és CO2 tenzió változását érzékelik, nem adaptálódnak a magas CO2 tenzióhoz izommunkához és kóros viszonyokhoz való alkalmazkodásért felelősek Krónikus ventilációs elégtelenség, a centrális receptorok adaptálódnak a magas CO2 tenzióhoz – ventilációt a periferikus receptorok váltják ki Nem légzési acidózis – periferikus receptorok érzékelik a H+ növekedését, fokozódik a ventiláció, csökken a CO2 parciális nyomása, csökken a ventilációs inger →konfliktust a centrális receptorok adaptációja oldja, ritmikus légzés fenntartását biztosítja