Légzés. 1 of 5 09/04/ :32 PM

Átírás

1 1 of 5 09/04/ :32 PM Légzés Tudományos nevén RESPIRATIO, az élő szervezeteket felépítő sejtek gázcseréjét, azaz oxigénfelvételét és szén-dioxid-leadását szolgáló folyamatok összessége. A légzés történhet a kültakarón keresztül ( bőrlégzés ), légzőszervekkel, ill. ezek kombinációjával. A soksejtű szervezetek és az őket körülvevő közeg közötti gázcsere a külső légzés; a környezet lehet víz vagy levegő. A levegőben az oxigén aránya 21%, a vízben (0 C-on) 8%. A légzési gázok (oxigén, szén-dioxid) egyszerű diffúzióval vagy szállító-, keringési szervrendszer révén kerülnek a felhasználás helyére, a szövetekhez, a sejtekhez. A sejt citoplazmája és környezete között lezajló oxigénfelvétel és szén-dioxid-leadás a belső légzés (más néven sejtlégzés). Mind a külső, mind a belső légzés a légzési gázok parciális nyomáskülönbségein alapuló diffúzió szabályai szerint valósul meg: a gázok a nagyobb koncentrációjú helyről a kisebb koncentrációjú hely felé diffundálnak. Az egysejtű szervezetek diffúz légzést folytatnak: a sejthártyán keresztül bonyolítják le gázcseréjüket. Ennek intenzitását a légzési gázoknak a citoplazma és a sejt környezete közötti koncentrációviszonyai határozzák meg. Az egysejtűek között vannak olyan fajok, amelyek környezetükben elviselik vagy éppen igényelik az igen alacsony környezeti oxigénszintet, sőt olyanok is, amelyek számára az oxigénmentes környezet az ideális (anaerob szervezetek). A növények a felületüket borító bőrszöveten (epidermisz) található gázcserenyílásokon (légrés), egyes mocsári növények pedig légzőgyökereiken keresztül végzik a gázcserét. A növények által felvett oxigén, ill. leadott szén-dioxid mennyiségének aránya és a légzés intenzitása a növény fejlődési és fiziológiai állapotától függően változik. A csírázó magvak, a hajtáscsúcsok, a virágok légzésintenzitása nagy. A növények sérült részein, az élősködők által megtámadott szövetekben szintén fokozódik a légzés. A zöld növényi részek légzése a megvilágítás hatására növekszik. Az intenzívebb légzés hatására a sejtekben az oxidációs folyamatok kerülnek előtérbe, amelyeket nagy mennyiségű energia felszabadulása kísér. A keletkező energia fedezi a növényi életfolyamatok energiaigényét. Az állatok a felvett tápanyagok oxidációjával ( elégetésével ) állítják elő az életfolyamatok fenntartásához szükséges energiát: aerobionta szervezetek. Az oxigént a környezetükből (víz, levegő) veszik fel, a sejtekben keletkező szén-dioxidot a környezetükbe adják le. Az alacsonyabb rendű soksejtű állatok testfelszín-testtömeg aránya nagy, így a testfelszínen lebonyolított gázcsere, a bőrlégzés képes fedezni a szervezet oxigénigényét. Sejtjeik légzése (sejtlégzés) diffúzióval valósul(hat) meg. Az állatok evolúciója során a testméret (sejtszám) növekedésével a testfelszín-testtömeg arány kedvezőtlenebbé vált. Kialakultak a légzőszervek, szervrendszerek, amelyek a külső gázcserét végzik el. A légzőszervek kifejlődését elősegítette az is, hogy az állatok szárazföldi körülményekhez való evolúciós alkalmazkodása során lehetetlenné vált a körlégzés. (A kiszáradás és a mechanikai hatások elleni védekezés a bőr elszarusodásához vezetett.) A kedvezőtlen testfelület-testtömeg arányú és/vagy a gázcserét akadályozó kültakaróval rendelkező állatoknak légzőszerveik vannak. Az evolúció során általánosan érvényesülő szabályszerűség, hogy az egyes szervek, szervrendszerek fejlettsége összhangban van a többi szervével, szervrendszerével. (E

2 2 of 5 09/04/ :32 PM szabály alól kivételt képeznek a másodlagosan leegyszerűsödött szervezetek pl. élősködők, valamint az erősen specializálódott fajok is.) A testtömeg növekedésével és a légzőszervek megjelenésével párhuzamosan fejlődött a keringési szervrendszer is. Ez szállítja a sejtekből felszabaduló szén-dioxidot a légzőszervbe, ill. a környezetből felvett oxigént a légzőszervtől a sejtekig. A kivételt képező rovarok légzőszervrendszere független a keringéstől! A szivacsok (Porifera) és a csalánozók (Cnidaria) víziállatok, légzőszervük nincs, a gázcserét a testfelületükön végzik. A légzőszervek a testüreges állatokban (Coelomata) jelennek meg. A férgek többsége vízi életmódot folytató állat; a vízi légzés szerve a bőr, ill. a kopoltyúbél kitüremkedésével kialakuló kopoltyú (branchia), amely bizonyos rendszertani csoportoknál hiányozhat. A szárazföldi és élősködő férgeknek nincs légzőszervük, bőrlégzést folytatnak. Az evolúció során a férgeknél jelenik meg a keringési rendszer is. A zsinórférgeknek (Nemertea) és a gyűrűsférgeknek (Annelida) általában zárt keringési rendszerük van, amely döntő szerepet játszik a légzési gázok szállításában (pl. a földigiliszta vérében oldott hemoglobin van, amelynek szerkezete nagymértékben hasonlít a gerincesekéhez). A puhatestűek (Mollusca) légzőszerve a tüdőscsigák (Pulmonata) kivételével a kopoltyú, amely a köpeny által fedett köpenyüregben helyezkedik el. A házatlan csigák köpenye hiányzik, így kopoltyúik szabadok. A tüdőscsigák szárazföldi vagy másodlagosan vízi életmódot folytató állatok, amelyek evolúciójuk során elveszítették kopoltyúikat. A légzőszerv szerepét a köpeny vette át: belső, a kis méretű köpenyüreg felé eső fala tagolt felületű tüdővé alakult. A köpenyüreg zárt, és csak egy kis nyílással áll összeköttetésben a külvilággal, így a légzőfelület védett a kiszáradás ellen. A vízi életmódot folytató tüdőscsigák a felszín közelében élnek, és időről időre feljönnek a víz színére levegőért. A kagylók (Lamellibranchiata) kopoltyúit borító csillós sejtekből álló hám alapvető szerepet játszik a táplálkozásban a köpenyüregen átáramló vízben lebegő szervesanyag-törmelék kiszűrésével. A rákok (Crustacea) és a vízben fejlődő rovarlárvák légzőszerve a kopoltyú, a többi ízeltlábúé a trachea. (A legkisebb méretű rovarok, pókok a testfelületen végzik gázcseréjüket.) A rovarok (Insecta) jellegzetes trachearendszere a testfelületről induló csőszerű kültakaró-betüremkedések hálózata. A trachearendszer a tor és a potroh oldalán szelvényenként egy-egy pár légzőnyílással kezdődik, amelyet kitinből álló, izmokkal mozdítható zárókészülék véd. A tracheahálózat bonyolultsága a rovar fejlettségétől függ. A fejlett rovarokban a test két oldalán két fő tracheatörzs húzódik, innen lépnek ki az egyre kisebb átmérőjű csövekre ágazó tracheák. A legkisebb tracheacsövek végén speciális sejt, a tracheavégsejt ül, ezen húzódnak át a tracheahajszálcsövek (tracheolák), amelyek a sejtek között vagy közvetlenül a sejtekben végződnek. A trachearendszer a keringési rendszertől függetlenül, közvetlenül a sejtekig vezeti az oxigént. A légzőmozgásokat a potroh izomzatának ritmikus összehúzódása szolgáltatja. A tracheacsövek kis átmérője miatt viszonylag lassú a gázcsere, ezért a testszelvényeket összekötő, rugalmas kitinlemezeken keresztül sok szén-dioxid távozik a szervezetből. A pókszabásúak (Arachnida) vagy fejletlen trachearendszerrel, vagy tracheatüdővel rendelkeznek. A tüskésbőrűek (Echinodermata) gázcseréjének nagy részét vízedényrendszerük és

3 3 of 5 09/04/ :32 PM annak függelékei bonyolítják le. A félgerinchúrosok (Hemichordata), az előgerinchúrosok (Prochordata) és a fejgerinchúrosok (Cephalochordata) előbelének egy speciális, általában kitágult szakaszát oldalsó kopoltyúbélrések törik át, amelyek a külvilágra nyílnak. A bélcsőnek ez az elülső része a lélegzőbél vagy kopoltyúbél; ennek feladata a légzés lebonyolítása. A gerincesek között a halak és a kétéltűek lárvái kopoltyúval lélegeznek. (Főként az állóvizekben élő halaknál a bőrlégzés nem elhanyagolható.) A halak kopoltyúi, amelyek az egyedfejlődés során a garat oldalsó falán megjelenő, a testfelszínre nyíló rések közötti kopoltyúívekből alakulnak ki, a kopoltyúfedő által rejtetten helyezkednek el. A gerinces és gerinctelen állatok kopoltyúi nemcsak eredetüket tekintve, de felépítésükben is különböznek: lehetnek lemezes, fonalas vagy lebenyes szerkezetűek. Kiemelkedhetnek a testfelszínről (pl. ebihal), vagy elhelyezkedhetnek rejtetten (pl. rákok). Mindben közös azonban, hogy nagy összfelületüket azonos elven felépülő és működő légzőhám borítja. Két igen vékony laphámréteg között kis átmérőjű, vékony falú erek (kapillárisok) futnak, amelyekben a légzési gázokat szállító folyadék áramlik. (Ha erek helyett tracheák szövik át a kopoltyút, akkor tracheakopoltyúról van szó.) A gázcsere az ellenáram elve alapján zajlik. Az állandó egyirányú vízáramlásnak köszönhetően mindig friss, oxigénben dús víz veszi körül a kopoltyút. Egyes fajok a vízben található oxigénnek csupán 10%-át, mások akár 90%-át is képesek fölvenni. A kifejlett kétéltűek, a hüllők, a madarak és az emlősök tüdővel (pulmo) lélegeznek. A légzőszerv a felső légutakból orrnyílás, orr-, szájüreg, garat (pharynx) és az alsó légutakból gége (larynx), légcső (trachea), valamint a tüdőből áll. Az orr- és szájüreget borító nyálkahártya feladata a belélegzett levegő fölmelegítése, párával való telítése és a por kiszűrése. A garatban történik a levegő és a táplálék megfelelő továbbítása a légcső, ill. a nyelőcső felé. A gége juttatja a levegőt a légcsőbe, és részt vesz a hangképzésben. A légcső változatos hosszúságú cső, kettéágazva adja a két főhörgőt, amelyek a két tüdőbe térve egyre kisebb csövekre, a hörgőkre (bronchus) ágaznak szét. A légutakat csillós nyálkahártya borítja. A csillók a kiválasztott nyálkaréteget kifelé hajtják, így megy végbe a légutak öntisztulása. A tüdő az előbél páros, zsákszerű kitüremkedése, belső csíralemez eredetű (a trachearendszer és a kopoltyú a külső csíralemez származéka). Szöveti vázát rugalmas rostos kötőszövet adja. A légzőhámba ágyazva felületaktív anyagot termelő sejtek vannak. A felületaktív bevonat megakadályozza a tüdő légzőfelületeinek összeesését, összetapadását. A légzőmozgásokat a mellkas, a mellkas izomzata, a hasizmok és emlősöknél a rekeszizom valósítja meg. A tüdőben áramló friss és elhasznált levegő kisebb-nagyobb mértékben keveredik, ami rontja a légzés hatékonyságát. A légzési gázok szállítását a vérben keringő vörös vértestekben lévő hemoglobin végzi. Az elhasznált vért a tüdőartériák, a friss, oxigénben gazdag vért a tüdővénák szállítják a szív és a tüdő között (kis vérkör). A tüdőnek ezenkívül saját tápláló erei is vannak. A belélegzett levegővel sok szennyeződés (por, baktériumok) kerül a tüdőbe. A fertőzések elleni védelmet szolgálja a bronchusok mentén sorakozó nyirokcsomók, nyiroktüszők sokasága. A kétéltűek tüdeje zsákszerű képlet, belső felszíne kevéssé tagolt, így összfelülete nem nagy. Mivel a kétéltűek bőre csak kevéssé elszarusodó, ezért alkalmas

4 4 of 5 09/04/ :32 PM bőrlégzésre. A kétéltűek esetében a bőrlégzés a gázcsere tetemes részét bonyolítja (a bőr igen jól el van látva vérérkapillárisokkal). A száj nyálkahártyája szintén fontos szerepet játszik a légzésben. A kétéltűeknek nincsen mellkasuk, ezért a levegőt lenyelik, légutaik is fejletlenek. A hüllők már teljesen alkalmazkodtak a szárazföldi körülményekhez, bőrük erősen elszarusodó, ezért bőrlégzésük elhanyagolható. Tüdejük fejlettsége, vagyis mérete, tagoltsága és légzési felülete viszont erősen megnövekedett. A gerincesek között a madarak légzőkészüléke a legfejlettebb. A tüdő légzőhámja mindkét végükön nyitott csövekből (tüdősípok, parabronchiális egységek) kiágazó légkapillárisokban helyezkedik el. A két tüdőhöz öt pár légzsák csatlakozik. Speciális áramlási rendszer alakult ki a madaraknál; ennek köszönhetően mind belégzéskor, mind kilégzéskor friss levegő öblíti át a légzőhámot (kettős légzés). Repülés közben a légző- és szárnymozgások összhangban vannak. Az emlősök orrüregébe egyszerűbb vagy bonyolultabb csontlemezrendszer, az orrkagylók türemkednek be. Felső-hátsó részében van a szaglóhám, amely a kifinomult szaglású állatokban igen terjedelmes. Az orrüreghez négy melléküreg (homlok- és arcüreg) csatlakozik. Az orrüreg a belső orrnyílásokkal kapcsolódik a garathoz. A garat három részre osztható: orr, száj- és gégei garat. A gége legfelső része a gégefedő, amely normális esetben megakadályozza, hogy a táplálék a légcsőbe jusson. A légcsövet C alakú porcok támasztják. Az emlősök tüdeje erősen tagolt (az ember tüdeje 10 lebenyből áll). A jobb és bal tüdőlebenybe belépő két főhörgő gyökérszerűen elágazva alkotja a bronchusfát. Ennek legkisebb ágai, a kishörgők (bronchiolus) a ductus alveolarisban végződnek, amelynek falát többnyire szőlőfürtszerűen rendeződő léghólyagocskák (alveolus) képezik. A léghólyagok belégzéskor friss levegővel telnek meg, kilégzéskor a szén-dioxidban feldúsult levegő a bronchusrendszeren át távozik; számuk emberben kb. 300 millió. A tüdő a zárt mellkasban fekszik. Mindkét tüdőt beborítja a mellhártya (savós hártya), amely a mellkas belső felületére húzódik; a mellhártya két lemeze szorosan összefekszik, köztük csak csekély mennyiségű savós folyadék van. A mellhártya és a tüdő rugalmas szöveti felépítése teszi lehetővé, hogy a tüdő passzívan kövesse a mellkas légzőmozgásait, amelyek a mellkas (bordák), a bordaközi izmok, a rekeszizom és a hasi izmok segítségével mennek végbe. A légzőmozgások idegi ellenőrzés alatt állnak. Az ehhez szükséges információt mechanikai és kemoreceptorok szolgáltatják, amelyek a tüdő szövetének feszüléséről, a levegő és a vér kémiai összetételéről továbbítanak információkat az idegközpontoknak. Az agytörzsben találhatók a légzésszámot és a levegővétel intenzitását szabályozó vegetatív központok. A bolygóideg (nervus vagus, X. agyideg) a tüdő ereinek és a hörgőknek a működését szabályozza. Mivel a szervezet (az izmok kivételével) gyakorlatilag nem tartalékol oxigént, a légzés néhány perces kimaradása is halált okozhat. Kábítószerek, vegyszerek vagy betegségek által okozott izomgyengeség, lélegzetelakadás vagy fulladás akut légzéselégtelenséghez, súlyos esetben a halál beálltához vezethet. Minthogy a tüdő folyamatosan érintkezik a külvilággal, a szennyeződéseket, kórokozókat tartalmazó levegővel, sokféle betegség támadhatja meg. A tüdő megbetegedésének általános ismérve a köhögés, a (véres) köpetképződés, a szapora légzés. Az influenzát és a

5 5 of 5 09/04/ :32 PM náthát vírusok okozzák. Bakteriális fertőzés következménye lehet tüdőgyulladás vagy -tuberkulózis. Ezek a betegségek igen gyakoriak voltak az antibiotikumkezelés fontosságának felismerése és elterjedése előtt. A tüdő különösen fogékony az allergiás betegségekre. Ha a bronchusfa falában lévő simaizmok idegen testtel (pl. pollen) kerülnek kapcsolatba, hisztamint választanak ki, amely fokozza a simaizmok összehúzódását. Bármely általános allergiás reakció, amely a vérerek gyulladását idézi elő, a rendkívül jól erezett tüdőben fokozottan érvényesül. Az asztma a légutak simaizmainak görcsös összehúzódását előidéző és a nyálka természetes kiürülését gátló allergiás betegség; nehézlégzéssel jár. Az akut hörghurut (bronchitis) előidézője lehet vírusfertőzés vagy irritáló vegyszer belélegzése; a betegség krónikussá válása a hörgőcskék elzáródásához, eltűnéséhez vezethet. A tüdőtágulat (emphysema pulmonum, kötőszöveti gázgyülem) a léghólyagocskák károsodását okozhatja. A dohányzás és a légszennyezettség elősegíti a hörghurut és az emphysema kialakulását csakúgy, mint sok daganatos betegség kifejlődését.