A légzés szót kétféle értelemben használjuk: 1) Fizikai értelemben,

Átírás

1 1 Az ember légzése Szerkesztette: Vizkievicz András A légzés szót kétféle értelemben használjuk: 1) Fizikai értelemben, ami alatt a gázok diffúzió, ill. nyomáskülönbség miatti áramlását értjük, ekkor a folyamatot gázcserének, ill. légcserének nevezzük. A légcsere a tüdő és a külső légtér között zajló, nyomáskülönbségen alapuló levegőáramlás. A gázcsere lehet külső, ha gázok kicserélődése a testfolyadék - vér - és a levegő között zajlik a légzőszerv - tüdő - felületén. Belső gázcseréről akkor beszélünk, ha a légzési gázok a testfolyadék és a szövetek között cserélődnek ki a kapillárisok határfelületén. 2) Kémiai értelemben, amikor légzésnek a biológiai oxidáció folyamatát értjük, ekkor a folyamatot sejtlégzésnek nevezzük. Az anyagcsere során tehát a biológiai oxidációhoz szükséges oxigént, ill. a keletkező széndioxidot a légzés folyamata biztosítja a sejtek számára. A szükséges oxigént, ill. a felesleges széndioxidot légzési gázoknak nevezzük. Az ember az életveszély kockázata nélkül éhezhet 1-2 hétig (egyes óriáskígyók, akár 2 évig), szomjazhat 1-2 napig, ezzel szemben 10 mp-en belül elveszti az eszméletét, 4-5 perc után már helyrehozhatatlan károsodásokat szenved, ha a kp.-i idegrendszer oxigén ellátása megszűnik. Pihenő felnőtt ember oxigén szükséglete percenként 250 ml, amely fokozott izommunka esetén elérheti a 20- szorosát is. A termelődő széndioxid folyamatos eltávolítása legalább ennyire fontos, hiszen felhalmozódása esetén a vérben szénsavként a kémhatást savas irányba tolja el, ami szintén eszméletvesztéshez vezet. A légzési hányados A sejtlégzést az időegység alatt keletkező CO 2 gáz és az elfogyasztott O 2 gáz térfogatának hányadosával az ún. légzési hányadossal (respirációs kvóciens) jellemezzük: CO 2 térfogat (anyagmennyiség) RQ= O 2 térfogat (anyagmennyiség) A különféle anyagok légzési hányadosa eltérő. Szénhidrátok légzési hányadosa 1. Oka: C 6 H 12 O O 2 = 6 CO H 2 O Ettől azonban lehet eltérés, alkoholos erjedésnél RQ = 1-nél nagyobb. 1

2 2 Fehérjék, aminosavak estén RQ = 0.8, azaz több oxigén használódik fel, mint amennyi széndioxid keletkezik. Az aminosavakban a szénhidrátokéhoz képest több H-atom van, amely oxigénnel vízzé kapcsolódik. Tehát ugyanannyi széndioxid képződéshez több oxigén használódik fel. A zsírok légzési hányadosa 0.7 körül van, aminek szintén a szénhidrátokéhoz képest magasabb hidrogén tartalom az oka. A légzési hányados mérhető, értékéből következtetni lehet a sejtekben zajló anyagcsere-folyamatok minőségére. Palmitinsav esetén. C 16 H 32 O O 2 16 CO H 2 O RQ = 16/23 = 0,7. Mekkora a csírázó magvak légzéshányadosa abban az esetben, ha a szőlőcukor 20%-át biológiai oxidációval, 80%-át pedig etanolos erjedéssel hasznosítják. Tehát 1 mol szőlőcukor esetén 0,2 mol biológiai oxidációval, 0,8 mol pedig etanolos erjedéssel alakul át. A biológiai oxidáció esetén a reakció egyenletnek megfelelően 1,2 mol CO 2 keletkezik és 1,2 mol O 2 használódik el. Erjedés esetén 1,6 mol CO 2 keletkezik 0 mol O 2 használódik fel. Összesen tehát: 2,8 mol CO 2 RQ = = 2,33 1,2 mol O 2 Az ember légutai Az ember légzőszervrendszerét felső légutakra - orrüreg, szájüreg, és alsó légutakra osztjuk- gége, légcső, főhörgők, egyre kisebb hörgők, léghólyagocskák. Az orr és az orrüreg Nyugodt légzés esetén a levegő az orron, ill. az orrüregen keresztül jut a tüdőbe. Az orr voltaképpen csupán az orrüreg kiszögellése az arc felé, így megkülönböztetjük az orr külső részét - külső orr -, és belső üregrendszerét - orrüreg. 2

3 3 A külső orr Részben csontos - orrcsont, felső állcsont, részben porcos, részben tömör kötőszövetből tevődik össze. Részei: orrcsúcs, orrhát, a két szemgödör közt az orrnyereg, orrnyílások és az azokat körülvevő orrszárnyak. Kívülről bőr, belülről nyálkahártya borítja. Az orrüreg Igen bonyolult járatrendszer melyet részben a külső orr borít, részben a koponya üregrendszerében található. Az orr üregrendszere két főüregből és az azokból nyíló melléküregekből áll. A 2 főüreg az elülső orrnyílásokkal kezdődnek elől, és a hátulsó orrnyílásokkal a garatba nyílnak hátul. A 2 fő üreget középen a csontos, ill. porcos orrsövény választja el. Az orrüreg hátsó részének oldalsó falain helyezkednek el a csontos orrkagylók - 3 pár: alsó, középső, felső - amelyek a légáramlatok megfelelő irányba tereléséért felelősek. A melléküregek az orrüreg kiöblösödéseként fejlődnek ki. Ilyen pl. az arcüreg, homloküreg, rostacsontok üregei, ékcsonti üreg. Az orr üregrendszerét - a melléküregeket is - nyálkahártya béleli. Az orrszárnyak által takart orrüregi előcsarnokban elszarusodott bőr található, amelyben sok faggyúmirigy és szőrtüsző helyezkedik el. 3

4 4 A hám fokozatosan átmegy az orrüreg nagy részét borító csillós hengerhámba, amelyben igen sok nyálkatermelő kehelysejt van. A csillók csapkodási iránya olyan, hogy a nyálkába beletapadt port a garat felé hajtja, ahonnan a nyelés során a gyomorba kerül. A hám alatti kötőszövet igen gazdag mirigyekben, erekben, nyirokerekben, egybeolvad a csonthártyával. Főleg a középső és az alsó orrkagylók egy részén, és a velük szemben levő orrsövény területen gazdag vénás hálózat található. Innen szoktak kiindulni az orrvérzések. Feladata a beszívott levegő előmelegítése. Ezen érfonatok vérbőségét a nemi hormonok befolyásolják, így az orrvérzések egy része összefüggésben lehet a menstruációs ciklussal. A melléküregek nyálkahártyája hasonló, bár vékonyabb, és kevesebb mirigyet tartalmaz. Az orrüreg felső részén - a felső orrkagylón és a vele szemben levő területen - a nyálkahártya speciális felépítésű: ez a szaglóhám. Az orrüreg feladatai 1. Nyugodt légzés esetén a levegő az orrüregen keresztül áramlik. 2. Az áthaladó levegő felmelegítése (bő vérellátás). 3. Az áthaladó levegő nedvesítése (mirigyek). 4. Az áthaladó levegő pormentesítése (szőrzet, csillózat). 5. Szaglás. 6. Részt vesz a hangképzésben (rezonátor üreg). Egészséges állapotban a mirigyek elválasztó tevékenysége és a belélegzett levegő páratartalma között egyensúly van. A láz alatt vagy a levegő extrém szárassága esetén az egyensúly megbomlik, a nyálkahártya kiszárad. Az orrsövény elferdülése hasonló zavart okoz, mivel az egyik orrüreg túl tág, tehát kelleténél jobban veszít párát, ami krónikus nyálkahurutot tart fenn. 4

5 5 Fertőzéses nyálkahártyahurutnál a nyálkahártya nagy mennyiségű nyákos vagy gennyes váladékot termel, ez a közönséges nátha. Előidézője lehet vírus, baktérium vagy a nyálkahártya átmeneti lehűlése. A gége A gége régies nevén gégefő, amely lényegében a légcső beszájadzása a garatba. A garat alsó részéből előre és lefelé nyílnak az alsó légutak a gégével. A gége üvegporcos vázból, szalagokból, kötőszövetes lemezekből izmokból, és nyálkahártyából felépített üreges szerv. Porcainak egymáshoz viszonyított helyzete izületekben változtatható, így nyálkahártyával bélelt űrtere alakváltozásra képes, sőt teljesen elzárható. Ebben a nyálkahártya mélyebb rétegét képező erős rugalmas kötőszövetből álló hártyák visznek fontos szerepet, különösen ezek kitüntetett részei a hangszalagok (1). A nyálkahártyát redőszerűen kiemelő két hangszalag megfelelő beállításával a gége egyrészt légmentesen lezárható, másrészt a többé-kevésbé megfeszített hangszalagok közt kiáramoltatott levegő a hangszalagokat rezgésbe hozza, és így változtatható magasságú hangok adására teszi alkalmassá. 1) A pajzsporc a legnagyobb, mely előröl határolja a gégét. Ez két egymással nem és életkor szerint változó szögben - férfiban 90, nőben 120, gyermekben még tompább - elöl összetalálkozó lemezből áll. 5

6 6 Minél hegyesebb a pajzsporc lemezeinek a szöge, annál hosszabbak a hangszalagok, és ennek megfelelően annál mélyebb a hang fekvése. A mélyhangú férfiak pajzsporca ezért a nyaktól éles szögben kiugrik, ez az ádámcsutka. A fiúk serdülésekor a pajzsporc gyors növekedése okozza a jellegzetes hangváltozást, ami annak köszönhető a serdülő öntudatlanul igyekszik tartani a gyermekkorban megszokott hangmagasságot, majd amikor ez már nem megy egy ideig kiszámíthatatlanul hol mély, hol magasabb hangot ad, (mutál). A pajzsporc lefelé a gyűrűporccal ízesül. 2) A gyűrűporc. A pajzsporc alatt található, pecsétgyűrűhöz hasonlít hátra tekintő pecséttel. 3) A kannaporc. Páros háromoldalú piramis alakú porc, amely alapján izülettel rögzül a gyűrűporchoz. A kannaporc alapjánál erednek a hangszalagok. 4) A gégefedő porca. Levélhez hasonló, vékony rugalmas porcból álló lemez. Megakadályozza, hogy nyeléskor a falat a légcsőbe jusson. A gége porcait egymással, a nyelvcsonttal és a légcső első porcával erős kötőszövetes hártyák kötik össze. A hangképzés (fonáció) Az emberi beszédben és éneklésben szereplő hangok a hangszalagok aktivitása alapján keletkeznek. A hangszalagok rugalmas kötőszövetes lemezek, melyek a hangredők - a nyálkahártya vastagodásai - szélének elkeskenyedései, a gégében a gége porcai között feszülnek ki. A hangszalagok közötti háromszögletű nyílás a hangrés. A hangszalagok feszítésére, ill. a hangrés beállítására a kannaporcok izületekkel egymáshoz képest elmozdíthatók. A porcokat több harántcsíkolt izomköteg mozgatja. Normális légzés alatt a hangrés nyitott, háromszög alakú. Hangképzéskor a hangszalagok közelednek egymáshoz, a hangrés szűkül, a kiáramló levegő megrezegteti a hangszalagokat, aminek következtében a hangszalagok feletti légoszlopban rezgéshullámok keletkeznek. 6

7 7 A hang magassága a hangszalagok méretétől, feszességétől, és a hangrés alakjától függ. A szűkebb hangrés és a kifeszült hangszalagok magas hangot eredményeznek. Az ember hangterjedelme általában két oktávnak felel meg, ritkán négy oktávig terjedhet. Az emberi hang kb Hz közötti frekvenciát foglal magába. A hangerő a kiáramló levegő mennyiségétől függ. A tagolás (artikuláció) A szavak képzése az artikuláció az ajkak, a nyelv és a lágy szájpad bonyolult mozgásaiból alakul ki. E mozgások során a száj és az orrüreg rezonáló tere állandóan változik. A magán és mássalhangzók képzésében a gégefőn kívül a garat-, száj-, és orrüreg is részt vesz. A fonációban tehát döntő szerepük van a gége feletti képleteknek, melyek alakja, nagysága, akusztikai sajátságai szabják meg az egyén jellegzetes beszédhangját (orgánumát). A magánhangzók zenei hang jellegűek, és a hangszalagok megfelelő beállításával képződnek, melyeket a száj-, ill. az orrüreg módosít. A mássalhangzók zörej jellegűek, ezek a száj, ill. az orrüregben keletkeznek. A beszéd vezérlésében 6 agyideg vesz részt: V. VII. IX. X. XI. XII. A légcső (trachea) cm hosszúságú, 17 mm átmérőjű, elől és oldalt hengeres, hátul lelapult, porcos és részben hártyás, nyálkahártyával bélelt cső. Falát C alakú üvegporcos gyűrű (20) részek képezik elől és oldalt, hátsó fala hártyás: kötőszövetből és simaizomból áll. Nyálkahártyáját csillós hengerhám képezi, a hámban sok kehelysejttel. A csillók csapkodása a garat felé irányul. A nyálkahártya kötőszövete rugalmas rostokban bővelkedő hártya. A nyálkahártya alatti kötőszövet kapcsolja a nyálkahártyát a porchártyához, sok véreret, nyirokeret, simaizmot tartalmaz. A légcső két főhörgőre oszlik, amelyek a tracheával azonos felépítésűek. A légcső mögött szorosan helyezkedik el a nyelőcső. A hörgők A két főhörgővel a légutak a tüdőben folytatódnak. A főhörgők egyre kisebb átmérőjű hörgőkre és hörgőcskékre ágaznak, amelyek végül a szőlőfürtre hasonlító, léghólyagokban végződnek. Az elágazódások bonyolult rendszere az ún. tüdőfát hozza létre. 7

8 8 A főhörgőktől a hörgőcskék felé haladva folyamatosan változik a légutak falának szerkezete. A fal felépítésében egyre kevesebb a porcszövet, egyre több a kötőszövet és a simaizomszövet. A hörgőcskék falából már teljesen hiányoznak a porcok. A hámszövet is egyre laposodik, a csillós hengerhám helyett a hörgőcskékben már köbhám, a léghólyagok falában laphám található. A tüdő A tüdő a mellüregben található páros szerv, oldalról a mellkasfal, alulról a rekeszizom határolja, felső csúcsa a kulcscsont síkjáig nyúlik. Alakjuk kúphoz, állományuk szivacshoz hasonlítható. A tüdő színe csecsemőkben még rózsaszínű, azonban az életkor előrehaladásával egyre sötétedik a lerakodó por, korom miatt. A két tüdő nem egyforma, a jobb kissé nagyobb, a bal oldalin egy bemélyedés biztosít helyet a szív számára. A két tüdő egymás felé eső felszínén található a tüdőkapu, ahol lépnek be a tüdő erei és a főhörgők. A tüdőt mély hasadékok lebenyekre tagolják, a jobb 3 a bal 2 lebenyből áll. A tüdőt kötőszöveti sövények további tíz piramis alakú szegmentumra osztják. A legutolsó hörgőcske elágazások a szőlőfürtszerű léghólyagokba nyílnak, amelyeket a léghólyagocskák bonyolult rendszere épít fel. A léghólyagocskák felülete a légzőfelület, itt zajlik a külső légzés. Ennek megfelelően faluk igen vékony. A légzőfelület emberben elérheti a 150 m 2 -t. A léghólyagocskák felszínén találhatók 1. laphámsejtek, ezek képezik a légzőfelületet. 2. A fagocitáló sejtek, a léghólyagokig eljutott porszemcséket kebelezik be, majd ezek bekerülve a belső felszínt borító folyamatos nyálkaáramba, felfelé sodródnak a garatig, ahol a nyeléssel a gyomorba kerülnek. 3. Felületaktív anyagot termelő sejtek, melyek váladéka megakadályozza, hogy kilégzés során a tüdő felszíne összetapadjon. 8

9 9 A léghólyagocskák közötti igen vékony válaszfalban vannak a 1. a tüdőhajszálerek, továbbá 2. kötőszöveti sejtek, melyek a tüdő falában található nagy mennyiségű rugalmas rostokat termelik. A tüdő előbb vázolt szerkezetének leírásakor figyelembe kell venni azt, hogy a tüdő saját térfogatánál nagyobb teret tölt ki, mintegy a tüdő ki van feszítve a mellkas nagyobb üregében. Éppen ezért minden szövetpusztulás a tüdőben egyre nagyobb üregek képződéséhez vezet, hasonlóan egy kifeszített harisnyán keletkező szakadáshoz. Ezért a tüdőben igen rosszak a feltételek a szövetek gyógyulásához. A mellhártya A tüdőt a mellhártya feszíti ki a mellkas belső felszínére. A mellhártya a nagy savós hártyák - hashártya, szívburok, mellhártya - egyike, melyet egyrétegű laphám és egy vékony rostos lemez épít fel. A mellhártya zsákszerűen veszi körül a tüdőt. A két tüdőnek külön mellhártya rendszere van. A mellhártyának két lemeze van, a külső lemez a mellkas belső felszínére, a belső lemez a tüdő külső felszínére tapad. A két lemez között súrlódást csökkentő savós folyadék található. 9

10 10 A tüdőben található nagymennyiségű rugalmas rost miatt a tüdő igyekszik összehúzódni. A mellhártya ezt megakadályozza, a tüdő feszül, ezért a mellhártya két lemeze között a nyomás mindig kisebb, mint a tüdőben mérhető nyomás. Amennyiben a mellhártya két lemeze közé levegő kerül, a tüdő kis gombóccá ugrik össze, a miután képtelen követni a mellkas mozgását. Ez a jelenség a légmell. Légzőmozgások A külső légtér és a tüdőlégtere közötti légcserét a légzőmozgások teszik lehetővé. A tüdőnek saját izomzata nincs - leszámítva az egyes légutak simaizomzatát - így önálló mozgásra képtelen. A tüdő mivel rátapad a mellkasfalra belülről ezért passzívan követi annak mozgását. A légzőmozgások lényege, hogy folyamatuk során változik a mellkas térfogata. Ez a térfogat változás két tényezőnek köszönhető. 1. A bordaközi izmoknak, 2. a rekeszizomnak. A bordaközi izmokat és a rekeszizmot légzőizmoknak nevezzük. Belégzéskor a külső bordaközi izmok felemelik a mellkast, ill. a rekeszizom összehúzódva, ellaposodik. Az aktív izomösszehúzódásoknak köszönhetően a mellüreg térfogata megnő, a tüdőben a nyomás lecsökken, a levegő kívülről a tüdőbe áramlik. Nyugodt belégzés estén egyszeri légvétellel kb. 0,5 l levegőt szívunk be. Nyugodt légzéskor a tüdőben folyamatosan cserélődő levegő térfogatát légzési térfogatnak nevezzük, ami tehát 0,5 dm 3 Attól függően, hogy a belégzésben mely izmok működése dominál, megkülönböztetünk, hasi légzést és mellkasi légzést. A hasi légzésben a rekeszizom vesz főleg részt, ez a tüdő alsóbb részeit tölti inkább meg levegővel, a férfiak, ill. a sportolók körében gyakoribb. A mellkasi légzésnél inkább a bordaközi izmok működése hangsúlyosabb, így elsősorban a tüdő felső része telik meg levegővel, így főleg a nők és a gyerekek lélegeznek. Erőltetett belégzéskor összesen kb. 3 l levegőt tudunk beszívni. A légzési térfogaton felüli 2,5 l levegőt belégzési tartaléknak nevezzük. 10

11 11 A kilégzés során a mellkas visszatér alaphelyzetébe, térfogata csökken, a tüdőben a nyomás nő, így a levegő kiáramlik a tüdőből. A nyugodt kilégzés passzív folyamat, a belégző izmok elernyedése miatt történik, a mellkas súlyánál fogva nehezedik rá a tüdőre, s összenyomja. Ezt segíti a tüdő szövetének nagyfokú rugalmassága, amely a tüdőt összehúzni igyekszik. Erőltetett kilégzéskor már ún. kilégzőizmok is közreműködnek, mint pl. a belső bordaközi izmok, amelyek összehúzzák a mellkast, ill. a hasizmok, amelyek összehúzódásukkal a belekre gyakorolt nyomásuk révén erősebben bedomborítják a rekeszizmot a mellüregbe (hasprés). Erőltetett kilégzés során még további 1,5 l levegőt tudunk kipréselni a tüdőből, amelyet kilégzési tartaléknak nevezünk. Donders modell A légzőrendszer nyomás és térfogatváltozásainak összefüggéseit a Donders-féle tüdőmodell-kísérlettel demonstrálhatjuk. A kísérletet egy olyan harang alakú üvegbúrában végezzük, amelyet alulról egy gumimembrán, felül pedig egy kétfuratú gumidugó zár el. Az egyik furatban egy elzárható üvegcső található, a másikban egy olyan üvegcső, amelyre egy rugalmas léggömb csatlakoztatható. A Donders harang és a tüdő közötti tér az mellhártyák közötti teret, a léggömb belső tere a tüdő belső terét modellezi. A rekeszt modellező gumimembránt erősebben lehúzva a harang terében légritkulást, a légköri nyomásnál alacsonyabb nyomást hozunk létre, amelyet a tüdő rugalmas fala passzívan követ, a tüdő kitágul és levegő áramlik a tüdőbe. A gumilapot elengedve, az visszatérve eredeti helyzetébe fokozza a nyomást a harang belsejében, a tüdő összenyomódik és a levegő kiáramlik. 11

12 12 A légcsere térfogati jellemzői A légvételenként kicserélt levegő térfogatát megszorozva a percenkénti légvételek számával, megkapjuk a légzési perctérfogatot. Nyugodt légzés esetén a perctérfogat 8 l, mivel percenként 16-szor veszünk levegőt, légvételenként 0,5 l levegőt ki cserélve. Fizikai, ill. pszichés terhelés hatására a perctérfogat jelentősen fokozódhat, amely egyrészt a meg növekedett légzésszámnak, ill. a meg növekedett légzési térfogatnak köszönhető. Nyugodt légzés esetén egyszeri légvétellel 0,5 l levegőt ventillálunk. Ez a légzési térfogat. Erőltetett belégzéskor további 2,5 l levegőt tudunk beszívni, amit belégzési tartaléknak nevezünk. Erőltetett kilégzés során 1,5 l levegőt tudunk még kipréselni a tüdőből, amit kilégzési tartaléknak nevezünk. Ekkor még mindig marad levegő a tüdőben, amit semmilyen körülmények között nem tudunk kifújni, ez a maradék levegő, amely kb. 1 l. Az egy légvétellel max. beszívott, majd kifújt levegő térfogatát vitálkapacitásnak nevezzük, amely kb. 4.5 l. A légcserét kísérő nyomásváltozások Belégzés során a tüdőben eleinte csökken a nyomás, majd a folyamat második felétől ismét növekedik, amíg el nem éri újra a légköri nyomás értékét. Kilégzéskor eleinte növekedik a nyomás a tüdő légterében, majd a folyamat második felétől elkezd csökkeni addig ameddig egyenlő nem lesz ismét a légköri nyomással. A mellhártya két lemeze között a nyomás végig kisebb, mint a tüdőben, ami biztosítja, hogy a tüdő rátapad a mellkas belső felszínére. A különbség a tüdőben mérhető nyomásváltozáshoz képest, hogy a belégzés során majdnem mindvégig csökken, a kilégzés során pedig mindvégig nő a nyomás a két lemez között. 12

13 13 A légzési levegő összetételének a változása Az egyes légzési gázok diffúziójának az irányát a koncentrációkülönbségek, ami ezzel arányos a parciális nyomáskülönbségek határozzák meg. A parciális nyomásérték az a részleges nyomás mennyiség, amely a gázkeverék összes nyomásából az illető komponensre jut. Pl. a levegő összenyomása 101 kpa, ebből 21 kpa jut az oxigénre, és kb. 0,04 kpa jut a széndioxidra. A tüdőben a levegő összetétele különbözik a külső levegő összetételétől a gázcsere miatt kevesebb oxigént és több széndioxidot tartalmaz. Tüdőben: Oxigén tartalom 13,3 kpa, széndioxid tartalom 5,3 kpa A tüdőbe érkező vénás vérben az oxigén 5,3 kpa, tehát az oxigén a vérbe diffundál, a széndioxid 6,1 kpa, azaz a vérből a tüdőbe diffundál. 13

14 14 Ábra gyűjtemény 14

15 15 15

16 16 16

17 17 17