Oddychanie, Regulacja

definicja

regulacja oddychania jest wynikiem złożonej interakcji z udziałem systemu czujników, centrum kontroli oddechu i systemu efektorowego do wykonywania jego poleceń do mięśni i narządów zaangażowanych w oddychanie.

opis

w organizmie komórki uzyskują energię poprzez łączenie tlenu z różnymi składnikami odżywczymi, wytwarzając dwutlenek węgla jako produkt odpadowy. W związku z tym potrzebują stałego dopływu tlenu, a także muszą usunąć dwutlenek węgla. Osiąga się to przez oddychanie, znane również jako oddychanie lub wentylacja, terminy używane przez fizjologów na określenie wdychania i wydechu powietrza.

oddech jest spontanicznie inicjowany w ośrodkowym układzie nerwowym i jest wykonywany przez układ oddechowy organizmu. Ogólnym celem tego systemu jest umożliwienie organizmowi wdychania powietrza zawierającego tlen i wydychania szkodliwego dwutlenku węgla wytwarzanego przez reakcje metaboliczne.

powietrze zawiera 21% tlenu jako gaz składowy. Powietrze jest wdychane do ciała przez usta i nos. Następnie przemieszcza się przez gardło i krtań, przez tchawicę (tchawicę), która dzieli się na dwa główne kanały powietrzne prowadzące do prawego i lewego płuca . Oba kanały ponownie dzielą się w płucach na mniejsze gałęzie (oskrzela), które dzielą się na jeszcze mniejsze (oskrzeliki lub kanały pęcherzykowe), podobnie jak gałęzie drzewa. Te kanały powietrzne zawierają małe pęcherzyki powietrzne na ich końcach zwane pęcherzykami płucnymi. W płucach człowieka jest około 150 milionów pęcherzyków płucnych. Mają bardzo cienkie ściany, które uwalniają tlen do krwi, otrzymując w zamian dwutlenek węgla, który jest następnie wydychany z płuc tą samą drogą prowadzącą z powrotem do nosa i ust.

oddychanie jest automatycznym procesem uruchamianym w złożonym obszarze mózgu zwanym pniem mózgu, części mózgu, która łączy się z rdzeniem kręgowym i jego nerwami. Pień mózgu zawiera mimowolne centrum kontroli oddechu. Oznacza to, że oddychanie jest bardziej aktywnością odruchową niż aktywnością opartą na woli, co oznacza, że dzieje się bez konieczności myślenia o tym lub decydowania, że powinno nastąpić. Oddychanie jest w rzeczywistości tak silnym odruchem, że bardzo trudno jest świadomie przestać oddychać przez dłuższy czas.

funkcja

centrum kontroli oddechu pnia mózgu reguluje oddychanie za pomocą nerwów, mięśni i specjalnych czujników zwanych chemoreceptorami. Chemoreceptory są wyspecjalizowanymi komórkami, które mogą wykrywać substancje chemiczne w organizmie i przekazywać te informacje do nerwów, które są częścią centralnego układu nerwowego, aby przekazać je do centrum kontroli oddechu. W ten sposób oddech jest stale monitorowany i dostosowywany do utrzymania odpowiedniego pH i ciśnienia cząstkowego tlenu we krwi tętniczej, czyli krwi pochodzącej z serca i która zawiera najwyższy poziom tlenu do dystrybucji w organizmie. Regulacja oddychania jest mechanizmem kontroli homeostatycznej, co oznacza, że dąży do utrzymania stabilności środowiska wewnętrznego organizmu poprzez mechanizmy negatywnego sprzężenia zwrotnego. Na przykład wysoki poziom dwutlenku węgla w organizmie automatycznie powoduje szybsze i głębsze oddychanie, co z kolei zmniejsza poziom dwutlenku węgla poprzez zwiększenie spożycia tlenu.

centrum kontroli oddechu jest centralnym obszarem kontrolującym oddychanie. Otrzymuje informacje z innych części ciała i wytwarza automatyczną skoordynowaną odpowiedź. Reakcja jest reakcją, która wyzwala różne narządy i mięśnie zaangażowane w oddychanie i znajdujące się w różnych częściach ciała, aby działać razem. Znajduje się w dolnej części pnia mózgu, zwanej rdzeniem przedłużonym, strukturą w kształcie miarki połączoną z rdzeniem kręgowym. Rdzeń zawiera specjalne oddychające komórki nerwowe (neurony). Jednym z typów są neurony wdechowe, które są aktywne podczas wdechu i nieaktywne podczas wydechu. Drugim typem są neurony wydechowe, które są aktywne podczas wydechu i nieaktywne podczas wdechu. Te dwie grupy neuronów generują automatyczny cykl wdechu i wydechu. Ten automatyczny cykl może być modyfikowany lub nawet tymczasowo zatrzymany, w zależności od informacji otrzymanych przez ośrodek kontroli oddechowej z różnych źródeł, takich jak odruchy z płuc i dróg oddechowych, informacje z chemoreceptorów i polecenia z innych obszarów mózgu.

głównymi ośrodkami dostarczającymi informacji wymaganych przez ośrodek kontroli oddechu do regulacji oddychania są:

• Centralne chemoreceptory. Centralne chemoreceptory znajdują się w dolnej części czwartej komory (obszar pnia mózgu) i reagują na kwasowość—lub pH—płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF), płyn, który kąpie mózg i rdzeń kręgowy. Kwasowość dowolnego płynu jest mierzona przez pH; wartość ta jest związana z liczbą jonów wodorowych obecnych w płynie. Normalne pH ciała wynosi 7,4; wartości wyższe niż te reprezentują warunki alkaliczne w ciele, co oznacza mniejszą ilość jonów wodorowych, a wartości pH mniejsze niż 7,4 reprezentują warunki kwaśne, co oznacza większą ilość jonów wodorowych. Tak więc, gdy zmienia się kwasowość płynu mózgowo-rdzeniowego, komunikaty wysyłane przez centralne chemoreceptory do ośrodka kontroli oddechu mają wpływ na oddychanie.
• chemoreceptory tętnic obwodowych. Istnieją dwa rodzaje obwodowych chemoreceptorów: ciała szyjne i ciała aorty. Są to małe kawałki tkanki zawierające chemoreceptory, które reagują na ilości tlenu i dwutlenku węgla w krwi tętniczej. Organy szyjne znajdują się tam, gdzie wspólna tętnica szyjna dzieli się na dwie tętnice szyjne po obu stronach szyi. Ciała aorty znajdują się na aorcie, największym naczyniu krwionośnym organizmu, który zaczyna się od serca. Informacje z organów szyjnych jest przenoszona wzdłuż dziewiątego nerwu czaszkowego i informacje z ciała aorty jest przekazywana wzdłuż dziesiątego nerwu czaszkowego do centrum kontroli oddechu. Uważa się, że informacje z ciał szyjnych wpływają na natychmiastową regulację oddychania, oddech po oddechu, przez centrum kontroli oddechu.
• mózg. Oddychanie może być również dobrowolne, co zależy od innych części mózgu, zwłaszcza kory mózgowej, części mózgu, w której procesy myślowe rezydują i są odpowiedzialne za świadome działanie. Wszyscy możemy świadomie oddychać głębiej i szybciej (hiperwentylacja), jak na przykład przed rozpoczęciem ciężkich ćwiczeń. Silne emocje mogą również prowadzić do hiperwentylacji.
• płuco. Istnieją różne receptory zlokalizowane w płucach, które mogą również wpływać na oddychanie. Na przykład rodzaj receptora w oskrzelach reaguje na drażniące substancje wziewne i powoduje kaszel, wstrzymanie oddechu i kichanie. Inne receptory znajdujące się w elastycznych tkankach płuc i ściany klatki piersiowej są wrażliwe na rozciąganie. Dokładna rola tych receptorów w regulacji oddychania nie jest w pełni poznana, ale uważa się, że są one odpowiedzialne za różne odruchy, które zostały odkryte w badaniach laboratoryjnych przeprowadzonych na zwierzętach. Są to odruchy rozciągliwe, które występują, gdy płuca i ściana klatki piersiowej są rozdęte, aby zapobiec dalszemu wdychaniu. Ponadto, gdy objętość powietrza jest niska w płucach, występują przeciwne odruchy.

Po Otrzymaniu Informacji centrum kontroli oddechu potrzebuje ścieżki, aby wysłać swoje komunikaty regulacyjne. Odbywa się to za pomocą specjalnych nerwów, zwanych nerwami efferentnymi. Opuszczają centrum kontroli oddechu i przekazują rdzeń kręgowy do przepony oraz do mięśni znajdujących się między żebrami (mięśnie międzyżebrowe) i do innych mięśni znajdujących się w szyi i używanych do oddychania. Przepona to cienki, przypominający arkusz mięsień znajdujący się w dolnej części jamy klatki piersiowej poniżej płuc i serca i jest najważniejszym mięśniem biorącym udział w oddychaniu. Gdy osoba wdycha, przepona kurczy się i przesuwa w dół, rozciągając w ten sposób jamę zawierającą płuca (klatkę piersiową lub klatkę piersiową), podczas gdy mięśnie międzyżebrowe kurczą się i rozszerzają jamę piersiową, co powoduje, że powietrze wypełnia płuca przez ssanie. Gdy osoba wydycha, przepona i mięśnie międzyżebrowe rozluźniają się, co zmniejsza rozmiar jamy piersiowej i wymusza powietrze z płuc. Podczas normalnego oddychania wdychanie jest aktywnym procesem mięśniowym. Wydech jest pasywny i polega na naturalnej elastyczności tkanek, aby spuścić powietrze z płuc.

rola w zdrowiu człowieka

oddychanie jest niezbędną aktywnością organizmu, niezbędną do utrzymania życia. Jeśli zostanie zatrzymany, śmierć szybko następuje. Tak więc regulacja oddychania jest również niezbędna, co oznacza, że każde zakłócenie tej funkcji wpłynie na zdolność oddechową organizmu, z konsekwencjami w zależności od stopnia upośledzenia.

częste choroby i zaburzenia

Jeśli szybkość pobierania tlenu i eliminacji dwutlenku węgla nie jest równa dostarczaniu pierwszego i usuwaniu drugiego, występuje nierównowaga, która może prowadzić do zaburzeń oddychania związanych z poważnymi chorobami, takimi jak zapalenie płuc (zapalenie płuc), rozedma płuc (nadmierne i nieprawidłowe gromadzenie się powietrza w płucach wynikające ze zmniejszenia obszaru błon płucnych), niewydolność serca, niedokrwistość (brak czerwonych krwinek we krwi, co powoduje niewystarczającą ilość tlenu) i astma (zwężenie oskrzeli).. Następujące warunki są wynikiem takich zaburzeń równowagi:

• hipoksja. Znany również jako anoxia. Oznacza to „bez tlenu” i jest używany do opisania stanu niewystarczającej ilości tlenu dostarczanego do komórek ciała.

kluczowe terminy

kwasowość —odnosi się do związku, który jest kwaśny lub kwaśny. Po rozpuszczeniu w wodzie kwasy wytwarzają jony wodorowe.

pień mózgu —najniższa część mózgu, która łączy się z rdzeniem kręgowym. Jest to skomplikowane centrum neuronalne z kilkoma ścieżkami neuronalnymi między móżdżkiem, rdzeniem kręgowym, móżdżkiem oraz funkcjami motorycznymi i sensorycznymi głowy i szyi. Składa się z rdzenia przedłużonego, części odpowiedzialnej za kontrolę serca i układu oddechowego, śródmózgowia, który bierze udział w podstawowych, mimowolnych funkcjach ciała, i pons, gdzie powstają niektóre nerwy czaszkowe.

oskrzela —drogi oddechowe w płucach.

ośrodkowy układ nerwowy (OUN) —u ludzi OUN składa się z mózgu, nerwów czaszkowych i rdzenia kręgowego.

płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF) – przezroczysty płyn zawierający niewielkie ilości cukru (glukozy) i białka. CSF wypełnia mózg i kanał centralny rdzenia kręgowego, a jego normalne pH wynosi 7,4. Każda zmiana od tej wartości jest wykrywana przez chemoreceptory.

chemoreceptory —wyspecjalizowane komórki, które mogą wykrywać substancje chemiczne w organizmie i przekazywać tę informację do ośrodkowego układu nerwowego. Wykryte substancje mogą być zewnętrzne, na przykład, gdy osoba pachnie lub smakuje coś lub mogą być wewnętrzne, takie jak tlen lub dwutlenek węgla obecny we krwi.

nerw czaszkowy-u ludzi występuje 12 nerwów czaszkowych. Są one podłączone do pnia mózgu i zasadniczo kontrolują głowę, a także pomagają regulować narządy jamy klatki piersiowej i jamy brzusznej.

przepona —cienki, blaszkowaty mięsień znajdujący się poniżej płuc i serca w dolnej części jamy klatki piersiowej i oddzielający go od jamy brzusznej. Przepona to mięsień oddechowy, który pozwala powietrzu dostać się i wydostać z płuc, poruszając się w górę iw dół. Kiedy przepona przesuwa się w dół, człowiek oddycha. Kiedy przepona przesuwa się w górę, osoba oddycha.

homeostaza —stabilność środowiska wewnętrznego organizmu, osiągana przez system zintegrowanych układów sterowania aktywowanych przez układy sprzężenia zwrotnego. Na przykład, wysoki poziom dwutlenku węgla w płynie mózgowo-rdzeniowym wyzwala silniejszą wentylację w płucach, co z kolei zmniejsza poziom dwutlenku węgla poprzez zwiększenie spożycia tlenu.

aktywność mimowolna —aktywność, która nie jest pod wpływem lub kontrolą woli.

płuca —duża para narządów oddechowych lub oddechowych znajdujących się w klatce piersiowej. Płuca wprowadzają tlen obecny w wdychanym powietrzu do krwi i usuwają toksyczny dwutlenek węgla z krwi.

metabolizm-suma wszystkich procesów fizycznych i biochemicznych zachodzących w organizmie w celu wytworzenia tego, co jest niezbędne do utrzymania życia. Obejmuje to transformację składników odżywczych w energię i wykorzystanie energii przez organizm.

chemoreceptory obwodowe —chemoreceptory Nie zlokalizowane w pniu mózgu. Istnieją dwa rodzaje: ciała aorty zlokalizowane w aorcie, największej tętnicy w ciele i ciałach szyjnych znajdujących się w tętnicach szyjnych, które przechodzą po obu stronach szyi, przenosząc natlenowaną krew z aorty do mózgu.

pH-miara kwasowości roztworu lub jego stężenia jonów wodorowych. W ludzkim ciele roztworem może być krew lub płyn mózgowo-rdzeniowy. Prawidłowe pH płynów ustrojowych wynosi 7,4.

odruch-działanie lub ruch ciała będący sumą aktywności mimowolnej.

oddychanie – u ludzi oddychanie, oznaczające wdychanie powietrza zawierającego tlen i wydychanie powietrza zawierającego dwutlenek węgla. Może również odnosić się do wymiany tlenu i dwutlenku węgla we krwi. Termin oddychanie ma jeszcze inne znaczenie w biochemii, gdzie odnosi się do złożonych reakcji chemicznych zachodzących w organizmie, zwanych reakcjami utleniania, w których substancje chemiczne przenoszą elektrony i przekształcają energię w formy wymagane do utrzymania życia.

układ oddechowy-narządy biorące udział w oddychaniu: nos, gardło, krtań, tchawica, oskrzela i płuca.

tchawica-tchawica, rurka wykonana z włókna i chrząstki, która łączy krtań (krtań) z oskrzelami.

Wentylacja-powietrze wchodzące na zewnątrz ciała. Wentylacja płucna odnosi się do wymiany powietrza między płucami a powietrzem otaczającym, a wentylacja pęcherzyków płucnych odnosi się do wymiany tlenu i dwutlenku węgla z krwią.

• niedotlenienie. Stan ten charakteryzuje się niewystarczającym dopływem tlenu do krwi tętniczej i nienormalnie niskim ciśnieniem częściowym tlenu w tętnicach. Sinica (niebieskość skóry i błon) jest głównym objawem, ze względu na niższy poziom hemoglobiny, białka, które przenosi tlen we krwi.
• stagnacja niedotlenienia. Jest to brak transportu tlenu do tkanek i wynika z powolnego przepływu krwi, co może wystąpić w przypadku niewydolności serca.
• niedotlenienie anemiczne. W niedotlenieniu anemicznym ciśnienie cząstkowe tlenu w tętnicach jest normalne, ale zawartość tlenu w krwi tętniczej jest niższa niż normalnie.
• hiperkapnia. Oznacza to nadmiar dwutlenku węgla.
• kwasica. Zwiększenie ilości jonów wodorowych (kwasowości) we krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym, co prowadzi do kwasicy oddechowej. Występuje, gdy płuca nie są prawidłowo wentylacji i powoduje nadmierne ilości dwutlenku węgla we krwi. Wykazano, że niefunkcjonalne ciała szyjne powodują kwasicę.
• alkaloza. Utrata jonów wodorowych we krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym, co prowadzi do zasadowicy oddechowej, co oznacza nadmierną utratę dwutlenku węgla z organizmu. Zasadowy płyn mózgowo-rdzeniowy hamuje Ośrodek kontroli oddechów.

zasoby

książki

Adams, Francis V. the Breathing Disorders Sourcebook. Verulam Publishing Ltd, 1999.

Albert, R. K. et al, eds. Kompleksowa Medycyna Oddechowa. St. Louis: Mosby, 1999.

Murray, J. F. Textbook of Respiratory Medicine. St. Louis: WB Saunders, Harcourt, 2000.

czasopisma

Zwillich, C. W. ” Kontrola oddychania w praktyce klinicznej.”Chest 117 (January 2000):205-225.

inne

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

lek. med. Monique Laberge