Dýchání, Regulace

Definice

regulace dýchání je výsledkem komplexní interakce zahrnující systém senzorů, respirační control center, a efektoru systému plnit jeho příkazy do svalů a orgánů podílejících se na dýchání.

Popis

V těle, buňky získat jejich energii kombinací kyslíku u různých živin, produkuje oxid uhličitý jako odpadní produkt. Proto potřebují stálý přísun kyslíku a také potřebují odstranit oxid uhličitý. Toho je dosaženo dýcháním, také známým jako dýchání nebo ventilace, termíny používané fyziology znamenají vdechování a vydechování vzduchu.

dýchání je spontánně zahájeno v centrálním nervovém systému a je prováděno dýchacím systémem těla. Celkovým účelem tohoto systému je umožnit tělu vdechnout vzduch obsahující kyslík a vydechovat škodlivý oxid uhličitý produkovaný metabolickými reakcemi.

vzduch obsahuje 21% kyslíku jako součást plynu. Vzduch se vdechuje do těla ústy a nosem. Poté prochází kolem krku a hlasové schránky (hrtanu), průdušnicí (průdušnice), která se dělí na dva hlavní vzduchové průchody vedoucí do pravého a levého plic . Oba průchody se v plicích opět dělí na menší větve (průdušky), které se oddělují na ještě menší (bronchioly nebo alveolární kanály) podobně jako strom se rozvětvuje. Tyto vzduchové průchody obsahují na svých koncích malé vzduchové vaky zvané alveoly. V lidských plicích je přibližně 150 milionů alveol. Mají velmi tenké stěny, které uvolňují kyslík do krve , dostávají výměnou jeho oxid uhličitý, který je pak vydechovaný z plic přes stejnou cestu vedoucí zpět na nos a ústa.

Dýchání je automatický proces spustí v komplexní oblasti mozku nazývané mozkový kmen, část mozku, která spojuje míchu a její nervy. Mozkový kmen obsahuje nedobrovolné respirační kontrolní centrum. To znamená, že dýchání je spíše reflexní aktivita než aktivita založená na vůli, což znamená, že se to stane, aniž bychom o tom museli přemýšlet nebo se rozhodnout, že by k tomu mělo dojít. Dýchání je ve skutečnosti tak silný reflex, že je velmi těžké úmyslně přestat dýchat po dlouhou dobu.

funkce

centrum kontroly dýchání mozkového kmene reguluje dýchání pomocí nervů, svalů a speciálních senzorů nazývaných chemoreceptory. Chemoreceptory jsou specializované buňky, které mohou detekovat chemické látky v těle, a předat tyto informace na nervy, které jsou součástí centrálního nervového systému, pro relé dýchacích control center. Tímto způsobem je dýchání neustále sledováno a upravováno tak, aby udržovalo vhodné pH a parciální tlak kyslíku v arteriální krvi, tj. Regulace dýchání je homeostatický kontrolní mechanismus, což znamená, že se snaží udržovat stabilitu vnitřního prostředí těla prostřednictvím mechanismů negativní zpětné vazby. Například vysoké hladiny oxidu uhličitého v těle automaticky spouštějí rychlejší a hlubší dýchání, což zase snižuje hladinu oxidu uhličitého zvýšením příjmu kyslíku.

centrum kontroly dýchání je centrální kontrolní oblastí pro dýchání. Přijímá informace z jiných částí těla a vytváří automatickou koordinovanou reakci. Odpověď je reakce, která spouští různé orgány a svaly zapojené do dýchání a umístěné v různých částech těla, aby jednaly společně. Je umístěn ve spodní části mozkového kmene, nazývaného medulla oblongata, struktura ve tvaru lopatky spojená s míchou. Medulla obsahuje speciální dýchací nervové buňky (neurony). Jedním typem jsou inspirační neurony, které jsou aktivní během inhalace a neaktivní během výdechu. Druhým typem jsou výdechové neurony, které jsou aktivní během výdechu a neaktivní během inhalace. Tyto dvě skupiny neuronů vytvářejí automatický cyklus vdechování a vydechování. Tento automatický cyklus může být upravena, nebo dokonce dočasně zastaven, v závislosti na informace získané respirační control center z různých oblastí, jako jsou reflexy z plic a dýchacích cest, informace z chemoreceptorů, a příkazy z jiných oblastí mozku.

hlavní centra poskytující informace požadované centrem pro regulaci dýchání jsou následující:

• centrální chemoreceptory. Centrální chemoreceptory jsou umístěny ve spodní části čtvrté komory (oblast mozkového kmene) a reagují na kyselost nebo pH mozkomíšního moku (CSF), tekutiny, která omývá mozek a míchu. Kyselost jakékoli tekutiny se měří pH; tato hodnota souvisí s počtem vodíkových iontů přítomných v tekutině. Normální pH těla je 7,4; hodnoty vyšší, než je tato, představují alkalické podmínky v těle, což znamená nižší množství vodíkových iontů a hodnoty pH menší než 7.4 představují kyselé podmínky, což znamená větší množství vodíkových iontů. Když se tedy změní kyselost CSF, zprávy zasílané centrálními chemoreceptory do centra kontroly dýchání pak mají vliv na dýchání.
• periferní arteriální chemoreceptory. Existují dva typy periferních chemoreceptorů: karotidová těla a aortální těla. Jsou to malé kousky tkáně obsahující chemoreceptory, které reagují na množství kyslíku a oxidu uhličitého v arteriální krvi. Karotidová těla se nacházejí tam, kde se společná krční tepna dělí na dvě krční tepny na obou stranách krku. Aortální těla se nacházejí na aortě, největší krevní cévě těla, která začíná od srdce. Informace z krčních orgánů se provádí po deváté hlavových nervů a informace z aortální tělo se prošel po desátý kraniální nerv dýchacích control center. Předpokládá se, že informace z karotidových těl ovlivňují okamžitou regulaci dýchání, dechu dechem, centrem kontroly dýchání.
• mozek. Dýchání může být také dobrovolné, které je ovlivněno jinými částmi mozku, zejména mozkovou kůrou, částí mozku, kde sídlí myšlenkové procesy a jsou zodpovědné za úmyslné jednání. Všichni můžeme vědomě dýchat hlouběji a rychleji (hyperventilace), jako například před zahájením těžkého cvičení . Silné emoce mohou také vést k hyperventilaci.
• Lung. V plicích se nacházejí různé receptory, které mohou také ovlivnit dýchání. Například typ receptoru v průduškách reaguje na dráždivé inhalační látky a způsobuje kašel, zadržování dechu a kýchání. Jiné receptory umístěné v pružných tkáních plic a hrudní stěny jsou citlivé na protažení. Přesná úloha těchto receptorů v regulaci dýchání není zcela zřejmé, ale oni jsou myšlenka být zodpovědný za různé reflexy, které byly objeveny v laboratorních studiích prováděných na zvířatech. Jedná se o protahovací reflexy, ke kterým dochází při roztažení plic a hrudní stěny, aby se zabránilo dalšímu vdechování. Také, když je objem vzduchu nízký v plicích, pak jsou opačné reflexy.

po obdržení informací potřebuje centrum pro kontrolu dýchání cestu k odesílání svých regulačních zpráv. To se provádí speciálními nervy, nazývanými eferentní nervy. Opouštějí centrum kontroly dýchání a předávají míchu do bránice a do svalů umístěných mezi žebry (mezižeberní svaly) a do dalších svalů umístěných v krku a používaných k dýchání. Membrána je tenký, listovitý sval umístěný ve spodní části hrudní dutiny pod plícemi a srdcem a je to nejdůležitější sval zapojený do dýchání. Když se člověk nadechne, bránice smluv a pohybuje se směrem dolů, čímž se protahování dutiny, která obsahuje plic (hrudníku nebo hrudní dutiny), zatímco mezižeberní svaly a rozšiřují hrudní dutiny, což vede ve vzduchu náplň plic prostřednictvím sání. Když člověk vydechuje, bránice a mezižeberní svaly se uvolní, což snižuje velikost hrudní dutiny a nutí vzduch z plic. Během normálního dýchání je vdechování aktivním svalovým procesem. Výdech je pasivní a spoléhá na přirozenou elasticitu tkání, aby vypustil plíce.

Role v lidském zdraví

dýchání je základní činností těla, která je nutná k udržení života. Pokud je zastavena, rychle následuje smrt. Regulace dýchání je tedy také nezbytná, což znamená, že jakékoli narušení této funkce ovlivní respirační schopnost těla, s důsledky v závislosti na rozsahu poškození.

Běžné nemoci a poruchy

Pokud se rychlost příjmu kyslíku a oxidu uhličitého odstranění není uzavřeno předáním první a odstranění druhé, dojde k nerovnováze, která může vyústit v respirační abnormality spojené s vážnými nemocemi jako je zápal plic (zánět plic), dušnost (nadměrné a abnormální hromadění vzduchu v plicích vyplývající ze snížení plochy plicní membrány), srdeční selhání , anémie (nedostatek červených krvinek v krvi, což vede k nedostatku kyslíku) a astma (zúžení průdušek). Následující podmínky jsou výsledkem takové nerovnováhy:

• hypoxie. Také známý jako anoxie. To znamená „bez kyslíku“ a používá se k popisu stavu nedostatečného kyslíku dodávaného buňkám těla.

klíčové pojmy

kyselost-označuje sloučeninu, která je kyselá nebo kyselá. Po rozpuštění ve vodě produkují kyseliny vodíkové ionty.

mozkový kmen-nejnižší část mozku, která se spojuje s míchou. To je složité nervové centrum s několika neuronálních drah mezi mozku, míchy, mozečku a motorické a smyslové funkce hlavy a krku. Skládá se z medulla oblongata, části odpovědné za srdeční a respirační kontrolu, středního mozku, který se podílí na základních, nedobrovolných tělesných funkcích, a pons, odkud pocházejí některé lebeční nervy.

průdušky-průchody vzduchu v plicích.

centrální nervový systém (CNS) – u lidí se CNS skládá z mozku, kraniálních nervů a míchy.

mozkomíšní mok (CSF) —čirá tekutina, která obsahuje malé množství cukru (glukózy) a bílkovin. CSF vyplňuje mozek a centrální kanál míchy a jeho normální pH je 7,4. Jakákoli změna z této hodnoty je detekována chemoreceptory.

chemoreceptory-specializované buňky, které mohou detekovat chemické látky v těle a přenášet tyto informace do centrálního nervového systému. Zjištěné látky mohou být vnější, například když jedinec něco voní nebo chutná, nebo mohou být vnitřní, jako je kyslík nebo oxid uhličitý přítomný v krvi.

lebeční nerv – u lidí je 12 kraniálních nervů. Jsou spojeny s mozkovým kmenem a v podstatě ovládají hlavu a pomáhají regulovat orgány hrudní a břišní dutiny.

membrána-tenký, listovitý sval umístěný pod plícemi a srdcem ve spodní části hrudní dutiny, který ji odděluje od břicha. Membrána je dýchací sval, umožňuje vzduchu dostat se dovnitř a ven z plic pohybem nahoru a dolů. Když se membrána pohybuje dolů, člověk dýchá. Když se membrána pohybuje nahoru, člověk vydechne.

homeostáza-stabilita vnitřního prostředí těla, dosažená systémem integrovaných řídicích systémů aktivovaných zpětnovazebními systémy. Například, vysoké hladiny oxidu uhličitého v CSF spouští silnější větrání v plicích, což snižuje hladinu oxidu uhličitého tím, že zvyšuje příjem kyslíku.

nedobrovolná aktivita-činnost, která není pod vlivem nebo kontrolou vůle.

plíce-velký pár respiračních nebo dýchacích orgánů umístěných v hrudi. Plíce přivádějí kyslík přítomný ve vdechovaném vzduchu do krve a odstraňují toxický oxid uhličitý z krve.

Metabolismus —souhrn všech fyzických a biochemických procesů probíhajících v těle produkovat to, co je potřebné k udržení života. To zahrnuje přeměnu živin na energii a využití energie tělem.

periferní chemoreceptory-chemoreceptory, které nejsou umístěny v mozkovém kmeni. Existují dva typy: aortální subjekty nacházející se v aortě, největší tepně v těle a krční orgány se nachází v krčních tepnách, které procházejí na obou stranách krku, nesoucí okysličenou krev z aorty do mozku.

pH-míra kyselosti roztoku nebo jeho koncentrace vodíkových iontů. V lidském těle může být řešením krev nebo CSF. Normální pH tělesných tekutin je 7,4.

Reflex-akce nebo pohyb těla, který je součtem nedobrovolné aktivity.

dýchání-u lidí dýchání, což znamená vdechování vzduchu obsahujícího kyslík a vydechování vzduchu obsahujícího oxid uhličitý. Může také odkazovat na výměnu kyslíku a oxidu uhličitého v krvi. Termín dýchání má ještě další význam v biochemii, kde to se odkazuje na komplexní chemické reakce vyskytující se v těle, nazývá oxidační reakce, které chemické látky, přenos elektronů a převést energii do formy potřebné k udržení života.

respirační systém-orgány, které se podílejí na dýchání: nos, hrdlo, hrtan, průdušnice, průdušky a plíce.

průdušnice —průdušnice, trubice vyrobená z vlákniny a chrupavky, která spojuje hlasovou schránku (hrtan) s průduškami.

ventilace-vzduch vstupující do vystupujícího těla. Plicní ventilace označuje výměnu vzduchu mezi plícemi a okolním vzduchem a ventilace alveol se týká výměny kyslíku a oxidu uhličitého s krví.

• hypoxická hypoxie. Tento stav je charakterizován nedostatečným přívodem kyslíku do arteriální krve a abnormálně nízkým parciálním tlakem kyslíku v tepnách. Cyanóza (modrost kůže a membrán) je hlavním příznakem v důsledku nižších hladin hemoglobinu, proteinu, který přenáší kyslík v krvi.
• stagnující hypoxie. Toto je selhání transportu kyslíku do tkání a je způsobeno pomalým průtokem krve, ke kterému může dojít při srdečním selhání.
• anemická hypoxie. Při anemické hypoxii je parciální tlak kyslíku v tepnách normální, ale obsah kyslíku v arteriální krvi je nižší než normální.
• hyperkapnie. To znamená přebytek oxidu uhličitého.
• acidóza. Zvýšení množství vodíkových iontů (kyselosti) v krvi a CSF, což vede k respirační acidóze. Vyskytuje se, když plíce nejsou správně větrat a vede k nadměrnému množství oxidu uhličitého v krvi. Ukázalo se, že nefunkční karotická těla způsobují acidózu.
• alkalóza. Ztráta vodíkových iontů v krvi a CSF, což vede k respirační alkalóze, což znamená nadměrnou ztrátu oxidu uhličitého z těla. Alkalický CSF inhibuje respirační kontrolní centrum.

Zdroje

KNIHY

Adams, Francis V. Poruchy Dýchání Sourcebook. Verulam Publishing Ltd, 1999.

Albert, R.K. et al, eds. Komplexní Respirační Medicína. St. Louis: Mosby, 1999.

Murray, J. F. učebnice respirační medicíny. St. Louis: WB Saunders, Harcourt, 2000.

periodika

Zwillich, C. W. “ kontrola dýchání v klinické praxi.“Hrudník 117 (Leden 2000): 205-225.

ostatní

Americká plicní asociace. 1740 Broadway New York, NY 10019. (212) 315-8700. <http://www.lungusa.org>.

Monique Laberge, Ph.D.