A légzés ( lat. respiratio ) a katabolizmus fő formája állatokban , növényekben és számos mikroorganizmusban . A légzés olyan élettani folyamat, amely biztosítja az élő szervezetek anyagcseréjének (anyagcsere és energia) normális lefolyását, segít fenntartani a homeosztázist (a belső környezet állandóságát), oxigént ( O 2 ) kap a környezetből, és eltávolítja a szervezet anyagcseretermékeinek egy részét. test gáz halmazállapotban kerül a környezetbe ( СО 2 , H 2 O és mások). Az anyagcsere intenzitásától függően egy személy a tüdőn átlagosan körülbelül liter szén dioxidot (CO ) 50 gramm vizet bocsát óránként. És velük együtt - körülbelül 400 egyéb illékony vegyületek szennyeződése, beleértve az acetont is . A légzés során a szervezethez tartozó kémiai energiában gazdag anyagok energiaszegény végtermékekké ( szén-dioxid és víz) oxidálódnak , ehhez molekuláris oxigént használva .
Külső légzés alatt azt értjük[ ki? ] gázcsere a test és a környezet között, beleértve az oxigén felszívódását és a szén-dioxid felszabadulását, valamint ezeknek a gázoknak a szervezeten belüli szállítását a légzőcsövek rendszerén keresztül ( légcsőbe lélegző rovarok ) vagy a keringési .
A sejtlégzés magában foglalja a fehérjék sejtmembránokon keresztül történő szállításának biokémiai folyamatait ; valamint a tényleges oxidáció a mitokondriumokban , ami az élelmiszer kémiai energiájának átalakulásához vezet.
Azokban az élőlényekben, amelyek nagy felülettel érintkeznek a környezettel, a légzés a gázoknak a pórusokon keresztül közvetlenül a sejtekhez való diffúziója miatt fordulhat elő (például növényi levelekben, üreges állatokban). Kis relatív felülettel a gázszállítás a vérkeringés miatt ( gerinceseknél és másoknál) vagy a légcsőben ( rovaroknál ) történik. Nyugalomban lévő embernél a bőrön keresztüli gázcsere a légkörrel a tüdőben zajló gázcsere körülbelül 2-3%-a [1] .
Minden növény a nappali órákban felszívja a szén-dioxidot, és oxigént termel – ez a növekedési fázis. Éjszaka, az alvási fázis, fordított folyamat megy végbe: légzés közben oxigén szívódik fel, szén-dioxid szabadul fel, a felszabaduló CO 2 mennyisége elhanyagolható . , és a tudósok nem tárgyalják.
A növények anaerob légzését Louis Pasteur fedezte fel . Általában az alkoholos erjedés általános egyenletével összhangban történik:
Az anaerob légzés egy fermentációs folyamat. Az erjesztés során felszabaduló energiamennyiség (szabadenergia standard változása) 234 kJ/mol elfogyasztott hexóz. Így a szükséges energiamennyiség biztosításához egy növénynek az erjedés során lényegesen nagyobb mennyiségű hexózt kell felhasználnia, mint az aerob légzés során. Oxigén atmoszférában energiahatékonyabb aerob légzés megy végbe, ami megvédi a növényt a túlzott szervesanyag-pazarlástól [2] .
Anaerob körülmények között a piridinben oldott klorofilt fény hatására aszkorbinsav vagy más elektrondonorok redukálják. Sötétben a reakció az ellenkező irányba megy:
A „fotoredukált” klorofill viszont olyan akceptorokkal redukálható, mint a NAD+, kinonok, Fe3+.
Ezeket a reakciókat A. A. Krasznovszkijról nevezték el [3] [4] .
A növények és állatok légzési folyamatának molekuláris szintű megszervezésének általános elvei hasonlóak. A növények kötődő életmódja miatt azonban anyagcseréjüknek folyamatosan alkalmazkodniuk kell a változó külső körülményekhez, ezért sejtlégzésüknek van néhány sajátossága (további oxidációs utak, alternatív enzimek).
A gázcsere a külső környezettel sztómák és lencsék, kéregrepedések (fákban) keresztül történik.
Az emberi légzés szakaszokra osztható:
A külső légzés funkcióját a légzőrendszer és a keringési rendszer egyaránt ellátja . A légköri levegő a nasopharynxből (ahol előzőleg megtisztították a mechanikai szennyeződésektől, megnedvesítik és felmelegítik) a gégen és a légcsőfán ( légcső , főhörgők , lebenyes hörgők , szegmentális hörgők , lebenyes hörgők, hörgők és alveoláris csatornák) keresztül jut be a tüdőbe. pulmonalis alveolusok . A légúti hörgők, alveoláris csatornák és alveolaris zsákok alveolusokkal egyetlen alveoláris fát alkotnak, és a fenti struktúrák az egyik terminális hörgőből kinyúlva a tüdő - acinus ( lat. ácinus - csomó ) légzőparenchimájának funkcionális és anatómiai egységét alkotják. . A légcserét a légzőizmok biztosítják , amelyek belélegzik (levegőt szívnak a tüdőbe) és kilégzést (levegőt távolítanak el a tüdőből). Az alveolusok membránján keresztül gázcsere megy végbe a légköri levegő és a keringő vér között [5] . Továbbá az oxigénnel dúsított vér visszatér a szívbe, ahonnan az artériákon keresztül eljut a test összes szervébe és szövetébe. A szívtől és az osztódástól való távolság növekedésével az artériák kalibere fokozatosan csökken arteriolákká és kapillárisokká, amelyek membránján keresztül történik a gázcsere a szövetekkel és szervekkel. Így a külső és a sejtlégzés közötti határ a perifériás sejtek sejtmembránján fut végig [ .
A személy külső légzése két szakaszból áll:
Az alveolusok szellőztetése váltakozó belégzéssel ( belégzés ) és kilégzéssel ( kilégzés ) történik. Belégzéskor a légköri levegő belép az alveolusokba , kilégzéskor pedig a szén-dioxiddal telített levegő távozik az alveolusokból. A belégzés és a kilégzés a mellkas méretének változtatásával történik a légzőizmok segítségével .
A belégzés-kilégzés módszere szerint kétféle légzés létezik [6] :
A légzés típusa két tényezőtől függ:
Egy felnőtt nyugalomban percenként átlagosan 14 légzési mozgást végez [16] . A légzésszám azonban jelentős ingadozásokon mehet keresztül (percenként 10-18) [16] . Gyermekeknél a légzésszám percenként 20-30 légzés; csecsemőknél - 30-40; újszülötteknél - 40-60 [16] .
Egy lélegzetvétel alatt (nyugodt állapotban) 400-500 ml levegő jut a tüdőbe . Ezt a levegőmennyiséget dagálytérfogatnak (TO) nevezzük. Ugyanennyi levegő jut a légkörbe a tüdőből csendes kilégzéskor. A maximális mélylégzés körülbelül 2000 ml levegő. A maximális kilégzés is körülbelül 2000 ml.
A maximális kilégzés után körülbelül 1500 ml levegő marad a tüdőben, ezt a tüdő maradék térfogatának nevezzük . Csendes kilégzés után körülbelül 3000 ml marad a tüdőben. Ezt a levegőmennyiséget a tüdő funkcionális maradékkapacitásának (FRC) nevezik.
Az FRC-nek köszönhetően az alveoláris levegőben az oxigén- és szén-dioxid-tartalom viszonylag állandó aránya megmarad, mivel az FRC többszöröse a TO-nak. A légutak mindössze 2/3-a éri el az alveolusokat, amit alveoláris lélegeztetési térfogatnak neveznek .
Felnőtt (0,5 literes légzési térfogattal és 14-es gyakorisággal[ tisztázza ] légzési mozgások percenként) percenként 7 liter levegő halad át a tüdőn [16] . Fizikai aktivitás állapotában a légzés perctérfogata elérheti a 120 litert percenként [16] .
Nyugodt légzés mellett a belégzés és a kilégzés aránya időben 1:1,3 [17] .
Légzés nélkül az ember általában 5-7 percig is élhet, ezt követően eszméletvesztés, visszafordíthatatlan agyi elváltozások és halál következik be.
A légzés a test azon kevés képességeinek egyike, amelyeket tudatosan és tudattalanul is lehet irányítani. Gyakori és sekély légzés esetén az idegközpontok ingerlékenysége nő, mély légzéssel pedig éppen ellenkezőleg, csökken.
A légzés típusai: mély és sekély, gyakori és ritka, felső, középső (mellkasi) és alsó (hasi).
Speciális légzőmozgások figyelhetők meg csuklással és nevetéssel .
A külső légzés biomechanikája és biofizikája A külső légzés patológiájaA külső légzés patológiájának fő formája a légzési elégtelenség . A kóros folyamat természetétől függően akut és krónikus légzési elégtelenséget különböztetnek meg. Ezenkívül a légzési elégtelenség három típusa létezik:
Tachypnea vagy "vadászott állat légzése" - gyors sekély légzés (a légzésszám több mint 20 légzési mozgás percenként). A gyors légzés általában akkor fordul elő, ha a légzőközpontot irritálják a szervezet salakanyagai ( szén-dioxid ). Vérszegénység , láz , vérbetegségekesetén figyelhető megKívánt esetben az akarat erőfeszítése ( hiperventiláció ) okozhatja, például a tervezett lélegzetvisszatartás előtt. Hisztéria esetén a légzőmozgások gyakorisága elérheti a 60-80 percet.
Bradypnea - kóros légzéscsökkenés - akkor alakul ki, ha a légzőközpont ingerlékenysége csökken, vagy működése elnyomódik, amit a koponyaűri nyomás növekedése ( agydaganat , agyhártyagyulladás , agyvérzés , agyödéma ) vagy a légzőközpont ingerlékenysége okozhat. Légzőközpont jelentős mennyiségben halmozódott fel a vérben toxikus anyagcseretermékekben ( urémia , máj- vagy diabéteszes kóma , egyes akut fertőző betegségek és mérgezések ) [18] .
Apnoe ( ógörög ἄπνοια , szó szerint " nyugodt "; légzéshiány) - a légzési mozgások hiánya vagy megszűnése. A légzőizmok patológiájával összefüggő kóros folyamat, például a curare hatású méreggel való mérgezés vagy a légzőközpont bénulása, például agyödéma vagy traumás agysérülés következtében . Külön izolálják az obstruktív alvási apnoe szindrómát [19] , amelyet a felső légutak megereszkedése okozEz a fajta alvási apnoe általában olyan embereknél fordul elő, akik alvás közben horkolnak , és rossz prognosztikai jel az akut szív- és érrendszeri elégtelenség kialakulásának kockázata szempontjából.
Az úgynevezett reflex vagy "hamis apnoe" néha súlyos bőrirritációval jár (például amikor a testet hideg vízbe merítik). Az apnoét (mint kóros állapotot) is meg kell különböztetni a mesterségesen előidézett légzésvisszatartástól (például folyadékba merítve) - a kialakult oxigénéhezés következtében ( a légköri levegőből az alveolusok oxigénellátásának megszűnése hátterében). ), az agykéreg kikapcsol (eszméletvesztés vagy magasabb idegi aktivitás leállási folyamatai ), majd a kéreg alatti és a szárszerkezetek (légzésközpont) belégzési parancsot adnak. Ha ugyanakkor a légköri levegő behatol a tüdőbe , akkor az oxigén elérésekor a szövetekbe és szervekbe (beleértve a központi idegrendszert is ) a tudat spontán helyreáll. Ha a szervezet folyékony környezetben van, akkor a folyadék bejut a légutakba, és fulladás alakul ki (normál vagy "száraz", gégegörcshöz társulva ).
A légszomj vagy nehézlégzés a légzés gyakoriságának és mélységének megsértése , amelyet levegőhiány érzés kísér . A szívizom kóros elváltozása esetén a légszomj először edzés közben jelentkezik, majd nyugalmi helyzetben, különösen vízszintes helyzetben (a szívbe történő vénás véráramlás fokozódása miatt) jelentkezik, ami miatt a beteg légzési nehézséget okoz. kényszerülő ülőhelyzet, amely hozzájárul a vénás vér lerakódásához a lábak alsó üreges vénáiban (ortopédiai). Súlyos légszomj (általában éjszakai) rohamai szívbetegséggel - a szív- asztma megnyilvánulása : a légszomj ezekben az esetekben belégzéses (belégzési nehézség). Kilégzési légszomj (kilégzési nehézség) akkor fordul elő, ha a kis hörgők és hörgőcsövek lumenje beszűkül (például bronchiális asztmával ), vagy a tüdőszövet rugalmasságának elvesztésével (például krónikus tüdőemfizéma kialakulásával ). . Az "agyi" légszomj a légzőközpont közvetlen irritációjával fordul elő ( daganatok , vérzések és egyéb etiológiai tényezők).
A külső légzés kóros típusai:
A légzési rendellenességek fő típusai:
Gyakran előfordul, hogy különböző típusú rendellenességek kombinációja áll fenn.
Alveoláris hipoventilációAz alveoláris hipoventilációt az elégtelen alveoláris szellőztetés jellemzi, aminek következtében kevesebb oxigén jut a vérbe, és általában elégtelen a szén-dioxid eltávolítása a vérből. A hipoventiláció a vér oxigéntartalmának csökkenését ( hipoxémia ) és a vér szén-dioxid-tartalmának növekedését ( hiperkapnia ) eredményezi.
Az alveoláris hipoventiláció okai:
Légúti elzáródás:
A szöveti vagy sejtlégzés az élő szervezetek sejtjeiben végbemenő biokémiai reakciók összessége, amelyek során a szénhidrátok , lipidek és aminosavak szén - dioxiddá és vízzé oxidálódnak . A felszabaduló energiát makroerg vegyületek ( adenozin-trifoszforsav molekulák és más makroergek) kémiai kötései tárolják, és a szervezet szükség szerint felhasználhatja. A katabolikus folyamatok csoportjába tartozik . Sejtszinten a légzés két fő típusát veszik figyelembe: aerob ( oxidálószer - oxigén részvételével ) és anaerob légzést . Ugyanakkor az oxigén szállításának a többsejtű élőlények sejtjébe való eljuttatásának és a szén-dioxid eltávolításának élettani folyamatait a külső légzés függvényének tekintik.
Aerob légzés . A Krebs-ciklusban az ATP-molekulák fő mennyisége az oxidatív foszforiláció módszerével termelődik a sejtlégzés utolsó szakaszában: az elektrontranszport láncban. Itt a NADH és a FADH 2 oxidálódik , redukálódik a glikolízis, β-oxidáció, a Krebs-ciklus stb. folyamataiban. A reakciók során felszabaduló energia a mitokondriumok belső membránjában lokalizált elektronhordozó láncnak köszönhető (prokariótákban). - a citoplazmatikus membránban ) transzmembrán protonpotenciállá alakul át . Az ATP-szintáz enzim ezt a gradienst használja az ATP szintetizálására, energiáját kémiai kötésenergiává alakítva. Kiszámították, hogy egy NADH molekula 2,5 ATP molekulát tud termelni a folyamat során, FADH 2 - 1,5 molekulát. Az aerobok légzési láncának végső elektronakceptorja az oxigén .
Az anaerob légzés szerves szubsztrátok vagy molekuláris hidrogén oxidációjának biokémiai folyamata, amelyben az O 2 helyett más szervetlen vagy szerves természetű oxidálószereket használnak a légúti ETC -ben végső elektronakceptorként . Az aerob légzéshez hasonlóan a reakció során felszabaduló szabad energia transzmembrán protonpotenciál formájában raktározódik el , amelyet az ATP szintáz használ fel az ATP szintézisére .
A fizikai erőfeszítés során a légzés általában fokozódik. Az anyagcsere felgyorsul, az izmok több oxigént igényelnek.