1 1
2 Vizsgakövetelmények Magyarázza a légcsere, a gázcsere és a sejtlégzés összefüggéseit. Ismerje a légzőrendszer funkcióit. Ismerje a légzőrendszer szerveit. Ismerje fel ábrán a gége alábbi részeit: pajzsporc, gégefedő, hangszalagok. Ismerje a hangszalagok szerepét a hangképzésben. Ismerje, mely porcok között feszülnek ki a hangszalagok. Értse a gége működését, tudja, hogy mitől függ a keletkezett hang erőssége, magassága, és mi befolyásolja a hangszínt. Értse, hogy a tüdőben és a szövetekben folyó gázcsere diffúzión alapul. Ismerjen légzési segédizmokat, tudja hogy ezek részvétele a nehézlégzésben feltűnő. Értse a mellkasi és a hasi légzés különbségét. Értse a mellhártya, a rekeszizom, a bordaközti izmok szerepét a belégzés és kilégzés folyamatában. Ismertesse a vitálkapacitás és a légzési perctérfogat fogalmát. Tudja magyarázni a vér szén-dioxid koncentrációjának szerepét a légzés szabályozásában. Ismertesse a légzésszabályozásban a kemoreceptorok és a mechanoreceptorok szerepét. Értelmezze a Donders-modellt bemutató ábra alapján a légzőműködéseket. Értse a légzési teljesítmény és a szervezet energiafelhasználása közötti összefüggést. Magyarázza aktív sportoló és nem sportoló fiúk és lányok vitálkapacitását bemutató táblázat eltérő értékeit. Határozza meg a légzésszámot nyugalomban és munkavégzés után, magyarázza az eltérést. Elemezzen a légzési térfogatváltozásokat és a légző-mozgásokkal kapcsolatos nyomásváltozásokat bemutató grafikont. 2
3 3
4 Az ember légzése Szerkesztette: Vizkievicz András A légzés szót kétféle értelemben használjuk: 1) Fizikai értelemben, ami alatt a légzési gázok CO2, O2 - 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 diffúzion alapuló gázcsere lehet külső, ha a 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 oxigén a lebontó anyagcsere során a biológiai oxidációhoz terminális oxidációhoz - szükséges, az elsősorban a citrát-körben keletkező széndioxid pedig felesleges, felhalmozódása veszélyeztetné a szervezetünk belső egyensúlyát, gyors leadása elengedhetetlen (a széndioxid vízben oldódva szánsavvá alakul, ami a testfolyadékok kémhatását savas irányba tolja el). Ebben az értelemben a légzőrendszer kiválasztó működést végez. 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 CO2 gáz és az elfogyasztott O2 gáz térfogatának hányadosával az ún. légzési hányadossal (respirációs kvóciens) jellemezzük: CO2 térfogat (anyagmennyiség) RQ= ----------------- O2 térfogat (anyagmennyiség) A különféle anyagok légzési hányadosa eltérő. 4
5 Szénhidrátok légzési hányadosa 1. Oka: C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O Ettől azonban lehet eltérés, alkoholos erjedésnél RQ = 1-nél nagyobb. 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 anyagcserefolyamatok minőségére. Palmitinsav esetén. C16H32O2+ 23 O2 16 CO2+ 16 H2O 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 CO2 keletkezik és 1,2 mol O2 használódik el. Erjedés esetén 1,6 mol CO2 keletkezik 0 mol O2 használódik fel. Összesen tehát: 2,8 mol CO2 RQ = ----------------- = 2,33 1,2 mol O2 A légzőszervrendszer feladatai Lebonyolítja a külső gázcserét, kiválasztja a felesleges széndioxidot, részt vesz a hangképzésben, intenzív légcsere során részt vesz a hőleadásban, a belégzéskor kitáguló mellkas segíti a hasüregi nagyvénákban a vér szív felé történő áramlását. Az ember légutai Az ember légzőszervrendszerét felső légutakra - orrüreg, szájüreg, és alsó légutakra osztjuk - gége, légcső, főhörgők, egyre kisebb hörgők, léghólyagocskák. 5
6 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. 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, az orrszárnyak által takart orrüregi előcsarnokban elszarusodott bőr található, amelyben sok faggyúmirigy és szőrtüsző helyezkedik el. 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 főüregek 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 külső, 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. 6
7 Az orr üregrendszerét - a melléküregeket is - nyálkahártya béleli. A nyálkahártya felületét csillós hengerhám fedi, 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. 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 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 kiszáradhat. Az orrsövény elferdülése hasonló zavart okoz, mivel az egyik orrüreg túl tág, tehát kelleténél jobban veszít párát, ami krónikus nyálkahurutot tart fenn. 7
8 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 -, 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 ízületekben 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. 8
9 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 ízülettel 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 a kannaporcok és a pajzsporc - között feszülnek ki. A hangszalagok közötti háromszögletű nyílás a hangrés. A hangszalagok feszítésére, ill. a hangrés beállítására a kannaporcok ízületekkel 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 9
10 hangszalagokat, aminek következtében a hangszalagok feletti légoszlopban rezgéshullámok keletkeznek. 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. 300-3000 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) 12-14 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. 10
11 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 surfactant csökkenti a léghólyagocskák felületi feszültségét, s így megakadályozza, hogy kilégzés során a tüdő felszíne összetapadjon. 11
12 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. 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. 12
13 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, a gyerekek, 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 lélegeznek. Erőltetett belégzéskor melyben a vállizmok is szerepet játszanak a váll felemelése révén - összesen kb. 3 l levegőt tudunk beszívni. A légzési térfogaton felüli 2,5 l levegőt belégzési tartaléknak nevezzük. 13
14 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. A légzés szabályozása Az agytörzs területén - nyúltvelő és a híd - találhatók a légzés automatikus szabályozásáért felelős központok. A nyúltvelőben megkülönböztetünk belégző és kilégző központot. A légzés szabályozásában kémiai és mechanikai ingerek játszanak szerepet. A belégzésben a vér széndioxid koncentrációja alapvető jelentőségű, mivel a belégző neuronok működését serkenti, ugyanakkor ezek aktivitása serkentőleg hat a kilégző központra, ami gátolja a belégző neuronok további aktivitását. A nyugodt kilégzésben a tüdő falában található feszülésérzékeny receptorok játszanak szerepet, mivel a tüdő kitágulásakor belégzéskor gátolják a belégző központ működését, megszakítva a belégző mozgásokat, utat adva a passzív kilégzésnek (Hering-Breuer reflex). Nyugodt légzés működtetésében csak a belégzőközpont ritmikus aktivitása játszik szerepet, az erőltetett kilégzésben a járulékos légzőizmok hasizmok, belső bordaközi izmok - működtetésével ugyanakkor már a kilégzőközpont is szerepet játszik. Donders modell A légzőrendszer nyomás és térfogatváltozásainak összefüggéseit a Donders-féle tüdőmodell-kísérlettel demonstrálhatjuk. A kísérletet egy olyan harang alakú üvegbúrában (mellkas) végezzük, amelyet alulról egy gumimembrán (rekeszizom), felül pedig egy kétfuratú gumidugó zár el. Az egyik furatban egy elzárható üvegcső található, a másikban egy olyan üvegcső (légcső), amelyre egy rugalmas léggömb (tüdő) 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 a légköri nyomásnál alacsonyabb nyomást hozunk létre, amelyet a léggömb rugalmas fala passzívan követ, a léggömb kitágul és levegő áramlik a belsejébe (belégzés). A gumilapot elengedve, az visszatérve eredeti helyzetébe fokozza a nyomást a harang belsejében, a léggömb összenyomódik és a levegő kiáramlik (kilégzés). 14
15 A Donders-modell Emelt szintű érettségi feladat Ez a modell a légcserét szemlélteti (Donders-modell). Az A jelű cső felül nyitott. Az üvegcsövek C nyílásaira egyegy léggömböt erősítettek (D). Az E jelű rugalmas membrán alulról zárja le az üveghengert. A berendezés felirata: húzd lefelé a membránt és figyeld meg, mi történik! 1. Milyen látható változás történik a berendezésben? 2. Mely szervet vagy szervrészletet jelképezik a betűkkel jelölt részletek ebben a tüdőmodellben? (5 pont) A: B: C: D: E: Az alábbi grafikon néhány fizikai jellemző változásait mutatja a berendezésben. Tételezzük fel, hogy a kísérleti személy 2 másodpercen át gyorsan, egyenletes sebességgel lefelé húzta az E membránt, majd hosszabb ideig a kihúzott helyzetben tartotta. 3. Válassza ki az alábbiak közül és írja a betűk mellé, hogy a felsoroltak közül melyik görbe mit ábrázol a grafikonon! Az egyik betűhöz kétféle jelentés is társítható. (4 pont) a nagy üveghenger térfogata a nagy üveghengerben uralkodó légnyomás a léggömbökben uralkodó légnyomás a léggömbök térfogata a léggömbökbe áramló levegő sebessége A:.. B:.. C:.. D:.. 4. Melyik szakasz modellezi ebben a példában a belégzési fázist? A) A 2. és 3. másodperc közötti. B) A 3. és 4. másodperc közötti. C) A 2. és 4. másodperc közötti. D) A 2. és 5. másodperc közötti. E) A 3. és 5. másodperc közötti. 15
16 5. Melyik szakasz modellezi ebben a példában a légzőizmok összehúzódásának fázisát? A) A 2. és 3. másodperc közötti. B) A 3. és 4. másodperc közötti. C) A 2. és 4. másodperc közötti. D) A 2. és 5. másodperc közötti. E) A 3. és 5. másodperc közötti. Megoldás 1. A léggömbökbe levegő áramlik / térfogatuk megnő. 2. A: légcső B: a mellhártya lemezei közti tér / mellkas C: főhörgő D: tüdő E: rekeszizom / légzőizmok 3. A: a léggömbökben uralkodó légnyomás B: a nagy üveghengerben uralkodó légnyomás C: a nagy üveghenger térfogata / a léggömbök térfogata D: a léggömbökbe áramló levegő sebessége 4. D 5. C 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 megnövekedett légzésszámnak, ill. a megnövekedett 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. 16
17 Fizikai terhelés során, - az intenzív izomműködés energiaszükségletének fedezéséhez - fokozódik a biológiai oxidáció, mely eredményeképp nő a vér CO2 koncentrációja, ami légzőműködések intenzitásának - légzési perctérfogatának - növekedését eredményezi. A megnövekedett oxigénigényt az edzett szervezet a légzésszám növekedése mellett a légzések mélységének növelésével, az edzetlen szervezet inkább a légzésszám fokozásával biztosítja. Tehát pl. futás közben egy sportoló percenkénti légzésszáma kevesebb, mint egy nem sportolóé, miközben légzési perctérfogatuk közel azonos. Minél intenzívebb fizikai terhelésnek van kitéve egy szervezet, annál több oxigénre van szükség a működő izmok energiaellátása érdekében. Oxigénfelvevő képesség azonban korlátozott és egyénileg változó. A test által maximálisan felvehető és szállítható oxigén mennyiségét a VO2 max értékkel adhatjuk meg. VO2 max értéke kor, nem és edzettségfüggő. Egy átlagos fiatalember VO2 max-a 45 ml/min/kg, míg nőknél ez az érték várhatóan 38 ml/min/kg. Ezek az értékek edzéssel növelhetők, de az életkorral csökkennek. Pl. egy átlagos férfi versenyző 70 ml/kg/perc körüli VO2 max-al rendelkezik. A fizikai igénybevétel hosszú távon a tüdő levegőbefogadó képességének, ill. légzőfelületének növekedésével jár, aminek egyenes következménye a tüdő vitálkapacitásának növekedése. Ennek értéke átlagos felnőtt szervezet esetében 4 dm 3 körüli, sportolóknál és fúvós hangszeren játszó zenészeknél elérheti a 6-7 dm 3 -t is. Sportolás közben a légzés tudatos szabályozásával törekedni kell arra, hogy a légzés szaporasága helyett lehetőleg a lélegzetvételek mélységét növeljük, a vitálkapacitás minél nagyobb mértékű kihasználása érdekében. A táblázatból megállapítható: A vitálkapacitás mértéke függ a testmagasságtól (kortól) és a nemtől (lányoknál kisebb). 17
18 Fiatalabb korban a vitálkapacitási értékek kevésbé függenek a nemtől és az edzettségi állapottól. 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. A légzési levegő összetételének a változása Az egyes légzési gázok diffúziójának az irányát a koncentráció különbségek, 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. 18
19 Az emberi légzés modellezése Emelt szintű érettségi feladat Az ábrán látható úgynevezett Donders modell az emlősök, így az ember légzését is szemlélteti. Az A jelű csap zárva van, a másik csővég nyitott. 1. Az alábbi görbék közül melyik mutatja helyesen a nyomás változását a 2. számmal jelölt szervben, miközben a gumimembránt lefelé mozgatjuk? A) Az A görbe. B) A B görbe. C) A C görbe. D) A D görbe. E) Az E görbe 2. Az előző feladatban szereplő görbék közül melyik mutatja helyesen a nyomás változását az üveghenger belsejében, miközben a gumimembránt lefelé mozgatjuk? A) Az A görbe. B) A B görbe. C) A C görbe. D) A D görbe. E) Az E görbe. 3. Hogyan változtatná meg a szerkezet működését, ha az A jelű csapot kinyitnánk?... 4. Az előző feladatban szereplő görbék közül melyik mutatja helyesen a nyomás változását a 2. számú szervben, ha az A csap nyitva van, miközben a gumimembránt lefelé mozgatjuk? A) Az A görbe. B) A B görbe. C) A C görbe. D) A D görbe. E) Az E görbe. 5. Balesetek, esetleges gyógyászati beavatkozások során a valóságban is létrejöhet a 9-10. pontban leírthoz hasonló tünet. Mi ennek a tünetnek a pontos neve?... 6. Melyik szerv biztosítja a valóságos emberi szervezetben azt, hogy a tüdő térfogatváltozása követi a mellkas térfogatváltozásait?... 19
20 Megoldás 1. C 2. A 3. A tüdő nem tágulna ki/ nem telne meg friss levegővel 4. E 5. légmell 6. mellhártya Az emberi mellkas Az ember mellüregében ki- és belégzés során mérhető nyomás- és térfogatváltozásokat elemezzük a következő grafikon segítségével. A diagramon szereplő három görbét a végződési pontjuk magasságának sorrendjében jelölték rendre A, B, illetve C betűkkel. 1. Melyik betűjelű görbe mutatja a tüdő belső terének nyomásváltozását? 2. Melyik betűjelű görbe ábrázolja a mellhártyák közötti tér nyomásváltozását? 3. Mit ábrázol a harmadik (a grafikonon C -vel jelölt) görbe? A) A tüdőben lévő levegő térfogatának változását nyugodt légzés során. B) A tüdőben lévő levegő térfogatának változását erőltetett légzés során. C) A mellhártyák között lévő levegő térfogatának változását nyugodt légzés során. D) A mellhártyák között lévő levegő térfogatának változását erőltetett légzés során. E) A mellkas térfogatának változását nyugodt légzés során. Megoldás 1. A 2. B 3. A A légzés A grafikonon az emberi légzési szervrendszer működése során fellépő térfogatváltozásokat ábrázoltuk: 1. A megfigyelhető információk alapján mi a grafikon függőleges tengelye (A)? 1p A. A tüdőben uralkodó nyomás (kpa). B. A tüdőben lévő levegő térfogata (liter). C. A tüdőből kiáramló levegő térfogata (liter/perc). D. A membránpotenciál változása az agyi légzőközpontban (mv). E. A fentiek közül egyik sem az ábrán látható módon változik a légzés során. 2. Mit jelöl a grafikon vízszintes tengelye?. 20
21 3. Mely állítások igazak a légcsere B-vel jelölt szakasza alatt? 2p A. A tüdőben nagyobb a nyomás, mint a külvilágban. B. A rekeszizom összehúzódik. C. A mellkas tágul. D. A bordaközi izmok elernyednek. E. A mellhártya lemezei között csökken a nyomás. 4. Írja be a megfelelő relációs jelet (<, =, >) a két mennyiség közé! 5. Adja meg a következő számadatokat a grafikon alapján: a) az ábrázolt belégzések száma (db):..; b) a nyugodt kilégzést követően erőltetetten kilélegzett levegő térfogata (l):..; c) a vitálkapacitás értéke (l):... 6. Mi változna meg, ha rövid ideig fizikai terhelésnek tennénk ki olyan személyt, aki nem edzett? 2p A. Az F értéke. B. A vitálkapacitás. C. A légzési perctérfogat. D. A D értéke. E. A levegő nyomása a G időpillanatban. 7. Rajzolja be az ábrába, hogyan folytatódik a görbe, ha az ábrázolt utolsó időpillanatban légmell következik be! Megoldás 1. B 2. idő 3. A, D (2 pont) 4. <, >, = (3 pont) 5. a) 8 b) 1 c) 4,8 6. C, D (2 pont) 7. Lefelé folytatódik a görbe. 21
22 A dohányzás hatásai Az 1. ábra a tüdő egy részletét mutatja, egy tüdőhólyagocska és hajszálerek keresztmetszetét, valamint az azokat körülvevő kötőszöveti rostokat és sejteket. 1. A jellemzők alapján azonosítsa és nevezze meg az ábrán betűkkel jelölt részeket! (Egy betű csak egy helyen szerepelhet, de azonos szövettípus többször is előfordulhat.) Megoldás 22
23 Ábragyűjtemény 23
24 24
25 25
26 26