Légzés, szabályozása

meghatározás

a légzés szabályozása egy komplex kölcsönhatás eredménye, amely magában foglalja az érzékelők rendszerét, a légzésszabályozó központot és az effektor rendszert, hogy végrehajtsa parancsait a légzésben részt vevő izmoknak és szerveknek.

leírás

a szervezetben a sejtek az oxigént különböző tápanyagokkal kombinálva nyerik energiájukat, hulladékként szén-dioxidot termelnek. Ezért állandó oxigénellátásra van szükségük, és a szén-dioxidot is el kell távolítani. Ezt légzéssel, más néven légzéssel vagy szellőzéssel érik el, a fiziológusok által használt kifejezések a levegő belélegzését és kilégzését jelentik.

a légzés spontán módon kezdődik a központi idegrendszerben, és a szervezet légzőrendszere végzi. Ennek a rendszernek az az általános célja, hogy lehetővé tegye a szervezet számára az oxigéntartalmú levegő belélegzését, valamint az anyagcsere-reakciók által termelt káros szén-dioxid kilégzését.

a levegő 21% oxigént tartalmaz komponens gázként. A levegőt a szájon és az orron keresztül belélegzik a szervezetbe. Ezután elhalad a torok és a hangdoboz (gége) mellett, a légcsőn (légcső) keresztül, amely két fő légcsatornára oszlik, amelyek a jobb és a bal tüdőbe vezetnek . A két járat a tüdőben ismét kisebb ágakra (hörgőkre) oszlik, amelyek még kisebbekre (bronchiolákra vagy alveoláris csatornákra) válnak szét, hasonlóan egy fa ágaihoz. Ezek a légcsatornák végükön kevés légzsákot tartalmaznak, úgynevezett alveolusokat. Körülbelül 150 millió alveoli található az emberi tüdőben. Nagyon vékony falakkal rendelkeznek, amelyek felszabadítják az oxigént a vérbe , cserébe szén-dioxidot kapnak, amelyet azután a tüdőből kilélegeznek ugyanazon az úton, amely az orrhoz és a szájhoz vezet vissza.

a légzés egy automatikus folyamat, amelyet az agy egy komplex területén, az agytörzsben indítanak el, amely az agynak a gerincvelővel és annak idegeivel összekapcsolódó része. Az agytörzs tartalmazza az akaratlan légzésszabályozó központot. Ez azt jelenti, hogy a légzés inkább reflex tevékenység, mint akaraton alapuló tevékenység, ami azt jelenti, hogy anélkül történik, hogy gondolkodnunk kellene rajta, vagy el kellene döntenünk, hogy meg kell történnie. A légzés valójában olyan erős reflex, hogy nagyon nehéz szándékosan abbahagyni a légzést bármilyen ideig.

funkció

az agytörzs légzésszabályozó központja az idegek, az izmok és a kemoreceptoroknak nevezett speciális érzékelők segítségével szabályozza a légzést. A kemoreceptorok olyan speciális sejtek, amelyek képesek kimutatni a szervezetben lévő kémiai anyagokat, és átadják ezt az információt a központi idegrendszer részét képező idegeknek, hogy továbbítsák a légzésszabályozó központba. Ily módon a légzést folyamatosan ellenőrzik és beállítják, hogy fenntartsák a megfelelő pH-t és az oxigén parciális nyomását az artériás vérben, azaz a szívből érkező vérben, és amely a legmagasabb oxigénszintet tartalmazza a testben való eloszláshoz. A légzés szabályozása homeosztatikus szabályozó mechanizmus, ami azt jelenti, hogy negatív visszacsatolási mechanizmusok révén igyekszik fenntartani a test belső környezetének stabilitását. Például a magas szén-dioxid-szint a szervezetben automatikusan gyorsabb és mélyebb légzést vált ki, ami viszont csökkenti a szén-dioxid szintjét az oxigén bevitelének növelésével.

a légzésszabályozó központ a légzés központi vezérlő területe. Információt kap a test más részeiről, és automatikus koordinált választ ad. A válasz olyan reakció, amely kiváltja a légzésben részt vevő különböző szerveket és izmokat, amelyek a test különböző részein helyezkednek el, hogy együtt működjenek. Az agytörzs alsó részén található, az úgynevezett medulla oblongata, egy gombóc alakú szerkezet, amely a gerincvelőhöz kapcsolódik. A medulla speciális légzőidegsejteket (neuronokat) tartalmaz. Az egyik típus a belégzési neuronok, amelyek a belégzés során aktívak, a kilégzés során pedig inaktívak. A másik típus a kilégzési neuronok, amelyek a kilégzés során aktívak, a belégzés során pedig inaktívak. Ez a két neuroncsoport automatikus belégzési és kilégzési ciklust generál. Ez az automatikus ciklus módosítható, vagy akár ideiglenesen leállítható, attól függően, hogy a légzésszabályozó központ milyen információkat kapott különböző eredetű, például a tüdőből és a légutakból származó reflexek, a kemoreceptoroktól származó információk és az agy más területeiről érkező parancsok.

a légzésszabályozó központ által a légzés szabályozásához szükséges információkat szolgáltató főbb központok a következők:

• központi kemoreceptorok. A központi kemoreceptorok a negyedik kamra (az agytörzs régiója) alján helyezkednek el, és reagálnak a cerebrospinális folyadék (CSF) savasságára—vagy pH—jára -, amely az agyat és a gerincvelőt fürdeti. Bármely folyadék savasságát a pH-val mérik; ez az érték a folyadékban jelen lévő hidrogénionok számához kapcsolódik. A test normál pH-ja 7,4; az ennél magasabb értékek lúgos körülményeket jelentenek a testben, ami kisebb mennyiségű hidrogénionot jelent, a 7,4-nél kisebb pH-érték pedig savas körülményeket jelent, ami nagyobb mennyiségű hidrogénionot jelent. Így, amikor a CSF savassága megváltozik, a központi kemoreceptorok által a légzésszabályozó központba küldött üzenetek hatással vannak a légzésre.
• perifériás artériás kemoreceptorok. Kétféle perifériás kemoreceptor létezik: a carotis testek és az aorta testek. Ezek kis szövetdarabok, amelyek kemoreceptorokat tartalmaznak, amelyek reagálnak az artériás vérben lévő oxigén és szén-dioxid mennyiségére. A carotis testek ott helyezkednek el, ahol a közös carotis artéria a nyak mindkét oldalán két carotis artériára oszlik. Az aorta testek az aortán, a test legnagyobb véredényén helyezkednek el, amely a szívből indul. A carotis testekből származó információkat a kilencedik koponyaideg mentén, az aorta testéből származó információkat pedig a tizedik koponyaideg mentén továbbítják a légzésszabályozó központba. Úgy gondolják, hogy a carotis testekből származó információk befolyásolják a légzés azonnali szabályozását, a lélegzetet, a légzésszabályozó központot.
• agy. A légzés önkéntes is lehet, amelyet az agy más részei befolyásolnak, különösen az agykéreg, az agy azon része, ahol a gondolkodási folyamatok tartózkodnak, és felelősek a szándékos cselekvésért. Mindannyian tudatosan mélyebben és gyorsabban lélegezhetünk (hiperventiláció), például a nehéz edzés megkezdése előtt . Az erős érzelmek hiperventilációt is eredményezhetnek.
• Lung. A tüdőben különféle receptorok találhatók, amelyek szintén befolyásolhatják a légzést. Például a hörgők egyfajta receptora reagál az irritáló belélegzett anyagokra, és köhögést, lélegzetet és tüsszentést okoz. A tüdő és a mellkas falának rugalmas szöveteiben található egyéb receptorok érzékenyek a nyújtásra. Ezeknek a receptoroknak a pontos szerepe a légzés szabályozásában nem teljesen ismert, de úgy gondolják, hogy felelősek az állatokon végzett laboratóriumi vizsgálatok során felfedezett különféle reflexekért. Ezek olyan nyújtási reflexek, amelyek akkor fordulnak elő, amikor a tüdő és a mellkas fala kitágul, hogy megakadályozzák a további belégzést. Továbbá, ha a levegő térfogata alacsony a tüdőben, akkor ellentétes reflexek vannak.

az információk kézhezvétele után a légzésszabályozó központnak útvonalra van szüksége a szabályozási üzenetek elküldéséhez. Ezt speciális idegek, úgynevezett efferens idegek végzik. Elhagyják a légzésszabályozó központot, és átadják a gerincvelőt a membránnak, valamint a bordák között elhelyezkedő izmoknak (interkostális izmok) és más, a nyakban található izmoknak, amelyek lélegeznek. A membrán egy vékony, lapszerű izom, amely a mellkasüreg alján található a tüdő és a szív alatt, és ez a legfontosabb izom, amely részt vesz a légzésben. Amikor egy személy belélegzi, a membrán összehúzódik és lefelé mozog, így megnyújtja a tüdőt tartalmazó üreget (mellkas vagy mellkasi üreg), míg az interkostális izmok összehúzódnak és kiszélesítik a mellüreget, ami azt eredményezi, hogy a levegő szívással kitölti a tüdőt. Amikor egy személy kilégzik, a membrán és az interkostális izmok ellazulnak, ami csökkenti a mellüreg méretét és a levegőt a tüdőből kényszeríti. A normál légzés során a belégzés aktív izomfolyamat. A kilégzés passzív, és a szövetek természetes rugalmasságára támaszkodik a tüdő leeresztéséhez.

szerepe az emberi egészségben

a légzés a test alapvető tevékenysége, amely az élet fenntartásához szükséges. Ha megállítják, a halál gyorsan következik. Így a légzés szabályozása szintén elengedhetetlen, ami azt jelenti, hogy ennek a funkciónak a megzavarása befolyásolja a test légzési képességét, amelynek következményei a károsodás mértékétől függenek.

gyakori betegségek és rendellenességek

Ha az oxigénbevitel és a szén-dioxid eliminációjának sebessége nem egyezik meg az első szállításával és a második eltávolításával, egyensúlyhiány lép fel, amely súlyos betegségekkel, például tüdőgyulladással (tüdőgyulladás), emfizémával (a tüdőben a levegő túlzott és rendellenes felhalmozódása a tüdőmembránok területének csökkenése miatt), szívelégtelenséggel, vérszegénységgel (a vörösvértestek hiánya a vérben, ami elégtelen oxigént eredményez) és asztmával (a hörgők szűkülése) kapcsolatos légzési rendellenességeket eredményezhet. A következő állapotok az ilyen egyensúlyhiány következményei:

• hipoxia. Anoxia néven is ismert. Ez azt jelenti, hogy “oxigén nélkül”, és a test sejtjeinek elégtelen oxigénellátásának állapotának leírására szolgál.

kulcsfogalmak

savasság —savas vagy savanyú vegyületre utal. Vízben oldva a savak hidrogénionokat eredményeznek.

agytörzs —az agy legalacsonyabb része, amely kapcsolódik a gerincvelőhöz. Ez egy bonyolult idegi központ, amely számos neuronális utat tartalmaz a nagyagy, a gerincvelő, a kisagy, valamint a fej és a nyak motoros és érzékszervi funkciói között. A medulla oblongata, a szív-és légzésszabályozásért felelős rész, a középagy, amely részt vesz az alapvető, akaratlan testfunkciókban, és a pons, ahonnan néhány koponya ideg származik.

hörgők-légutak a tüdőben.

központi idegrendszer (CNS) —emberben a központi idegrendszer az agyból, a koponyaidegekből és a gerincvelőből áll.

cerebrospinális folyadék (CSF) —tiszta folyadék, amely kis mennyiségű cukrot (glükózt) és fehérjét tartalmaz. A CSF kitölti az agyat és a gerincvelő központi csatornáját, normál pH-ja 7,4. Az értéktől való bármilyen változást a kemoreceptorok észlelik.

kemoreceptorok —speciális sejtek, amelyek képesek kimutatni a szervezetben lévő kémiai anyagokat, és továbbítani ezt az információt a központi idegrendszernek. Az észlelt anyagok lehetnek külsőek, például amikor az egyén szagol vagy ízelít valamit, vagy lehetnek belsőek, például a vérben lévő oxigén vagy szén-dioxid.

koponya ideg-emberben 12 koponya ideg van. Ezek kapcsolódnak az agytörzshez, és alapvetően irányítják a fejet, valamint segítenek szabályozni a mellkasi és hasi üregek szerveit.

diafragma —vékony, lapszerű izom, amely a tüdő és a szív alatt helyezkedik el a mellkasüreg alján, és amely elválasztja a hastól. A membrán egy légzőizom, amely lehetővé teszi a levegő bejutását a tüdőbe felfelé és lefelé haladva. Amikor a membrán lefelé mozog, egy személy lélegzik. Amikor a membrán felfelé mozog, a személy lélegzik.

homeosztázis-a test belső környezetének stabilitása, amelyet visszacsatoló rendszerek által aktivált integrált vezérlőrendszerek rendszere ér el. Például a CSF magas szén-dioxid-szintje erősebb szellőzést vált ki a tüdőben, ami viszont csökkenti a szén-dioxid szintjét az oxigén bevitelének növelésével.

akaratlan tevékenység —olyan tevékenység, amely nem az akarat befolyása vagy ellenőrzése alatt áll.

tüdő-a mellkasban található nagy légzőszervek vagy légzőszervek. A tüdő a belélegzett levegőben lévő oxigént a vérbe juttatja, és eltávolítja a mérgező szén-dioxidot a vérből.

metabolizmus —az összes fizikai és biokémiai folyamat összege, amely a testben történik, hogy előállítsa azt, ami az élet fenntartásához szükséges. Ez magában foglalja a tápanyagok energiává történő átalakítását és az energia felhasználását a szervezetben.

perifériás kemoreceptorok —az agytörzsben nem található kemoreceptorok. Két típus létezik: az aortatestek az aortában, a test legnagyobb artériájában, valamint a nyaki artériákban elhelyezkedő carotis testek, amelyek a nyak mindkét oldalán áthaladnak, oxigénes vért szállítva az aortából az agyba.

pH-az oldat savasságának vagy hidrogénion-koncentrációjának mértéke. Az emberi testben a megoldás lehet a vér vagy a CSF. A testfolyadékok normál pH-ja 7,4.

Reflex-a test cselekvése vagy mozgása, amely az önkéntelen tevékenység összege.

légzés —emberben a légzés, azaz az oxigéntartalmú levegő belélegzése és a szén-dioxidot tartalmazó levegő kilégzése. Ez utalhat az oxigén és a szén-dioxid cseréjére is a vérben. A légzés kifejezésnek még egy jelentése van a biokémiában, ahol a testben előforduló összetett kémiai reakciókra utal, az úgynevezett oxidációs reakciókra, amelyek révén a kémiai anyagok elektronokat továbbítanak és energiát alakítanak át az élet fenntartásához szükséges formákká.

légzőrendszer —a légzésben részt vevő szervek: az orr, a torok, a gége, a légcső, a hörgők és a tüdő.

légcső —a légcső, rostból és porcból készült cső, amely összeköti a hangdobozt (gége) a hörgőkkel.

szellőzés —a testből kilépő levegő. A tüdőszellőztetés a tüdő és a környezeti levegő közötti levegőcserére utal, az alveolusok szellőztetése pedig az oxigén és a szén-dioxid cseréjére utal a vérrel.

• hipoxiás hipoxia. Ezt az állapotot az artériás vér elégtelen oxigénellátása és az artériákban az oxigén rendellenesen alacsony parciális nyomása jellemzi. A cianózis (a bőr és a membránok kékessége) az egyik fő tünet az alacsonyabb hemoglobinszint miatt, amely a vérben oxigént hordoz.
• stagnáló hipoxia. Ez az oxigén szállításának elmulasztása a szövetekbe, és a lassú véráramlásnak köszönhető,mint a szívelégtelenség esetén.
• anémiás hypoxia. Anémiás hipoxia esetén az oxigén parciális nyomása az artériákban normális, de az artériás vér oxigéntartalma alacsonyabb a normálnál.
• Hypercapnia. Ez a szén-dioxid feleslegét jelenti.
• acidózis. A hidrogénion (savasság) mennyiségének növekedése a vérben és a CSF-ben, ami légúti acidózishoz vezet. Ez akkor fordul elő, amikor a tüdő nem lélegzik megfelelően, és túlzott mennyiségű szén-dioxidot eredményez a vérben. Kimutatták, hogy a nem funkcionális carotis testek acidózist okoznak.
• alkalózis. A hidrogénion elvesztése a vérben és a CSF-ben, ami légzőszervi alkalózishoz vezet, ami a szén-dioxid túlzott elvesztését jelenti a szervezetből. Az alkáli CSF gátolja a légzésszabályozó központot.

források

könyvek

Adams, Francis V. a légzési rendellenességek Forráskönyve. Verulam Publishing Ltd, 1999.

Albert, R. K. et al, Szerk. Átfogó Légzőszervi Orvoslás. St. Louis: Mosby, 1999.

Murray, J. F. A légzőszervi orvoslás tankönyve. St. Louis: WB Saunders, Harcourt, 2000.

folyóiratok

Zwillich, C. W. “a légzés ellenőrzése a klinikai gyakorlatban.”117. Mellkas (2000. Január): 205-225.

egyéb

American Lung Association. 1740 Broadway New York, új 10019. (212) 315-8700. <http://www.lungusa.org>.

Monique Laberge, Ph. D.