Dýchání [USEMAP] Dýchání Energie pro životní pochody – oxidace (O2) organických látek Příjem O2 – dýchací mechanismy (+ výdej CO2, udržování pH) a) ze vzduchu (20,95% O2, 78,01 N2, 0,03 CO2 + 0,9 Ar, Ne …) b) z vody – (závisí na t, salinitě, tlaku … - sladká - 15 oC – 0,7 % O2 + 1,36 % N2) Se zvětšováním tělesných rozměrů → nedostatek O2 Fylogeneticky nezbytnost zvýšení výkonnosti výměny plynů: Náhrada pomalé difúze plynů ve vodním prostředí tkání difúzí plynů ve vzduchu 1. zvětšení dýchacího povrchu A) na vnější str. – vodní živočichové - žábry B) dovnitř – suchozemští živočichové a) plíce b) tracheje 2. udržování vysokého difúzního spádu plynů na vnější dýchací ploše 3. přenos plynů tělní tekutinou s látkou s vysokou vázací schopností pro plyny [USEMAP] Difúze: prvoci, houby, láčkovci, kroužkovci – výměna plynů s vnějším vodním prostředím difuzí Žábry: mnohoštětinatci, měkkýši Měkkýši – plicní vaky Ostnokožci – vodní cévy (ambulakrální systém) Členovci – pavoukovci plicní vaky, korýši – keříčkovité výrustky [USEMAP] Tři typy dýchacích orgánů: 1. Žábry – členovci, měkkýši, paryby, ryby 2. Tracheje 3. Plíce Larvy hmyzu ve vodě - tracheální žábry Zvýšení frekvence dýchacích pohybů- při poklesu O2 ve vodě, další pokles- O2 ze vzduchu Jiné zp. dýchání ve vodě: a)Kožní – úhoř 85%, obojživel. v zimě 85 b)trávicí trubicí – úst. dut, jícen, žaludek, střevo c)vzdušným měchýřem – plicní vaky- malý krevní oběh – částečně okysličená krev jde do hlavy, žaber [USEMAP] Žábry Vývoj ze stěn hltanu, v žaberní dutině skryté skřelemi Řady žaberních lupínků upevněných na ž. obloucích vytváří síto, kterým musí voda protékat, tenké stěny prostoupeny četnými kapilárami, přes stěnu výměna plynů. [USEMAP] Vzdušnice (tracheje) – rozvětvené trubice uvnitř s chitinovou blanou. U hmyzu zakončeny hvězdicovitou buňkou → tracheola (5 ramen). Tekutina v tracheolách pulzuje podle botnací síly koloidní hmoty stěn tracheol a okolní cytoplazmy Dýchací pohyby – pohyby tělní stěny (výměna až 2/3 objemu) a) dorzoventrální zploštění abdomenu b) zasouvání a vysouvání abdominálních článků c) regulace otevírání a zavírání stigmat – najednou x střídavě Řízení dýchacích pohybů – abdominální ganglia. Podněty pro zrychlení – chemický charakter přes protorakální g. Řízení pohybů stigmat: hrudní a abdominální část nerv. systému Larvy hmyzu ve vodě – uzavření trachejí vůči vodnímu prostředí, rozpad do sítě v pokožce nebo tělních vychlípeninách – tracheální žábry. trach Dýchací cesty •soustava trubicovitých orgánů mezi plícemi a vnějším prostředí • proudí jimi nadechovaný, vydechovaný vzduch • horní cesty dýchací – dutina ústní, dutina nosní, hltan •dolní cesty dýchací – hrtan, průdušnice, průdušky, průdušinky, plicní sklípky (alveoly) • [USEMAP] Nosní dutina •skořepy nosní rozdělují nosní dutinu na 3 průduchy •zabrzdí proud nadechovaného vzduchu, vzduch se ohřeje (kontakt s teplou a prokrvenou sliznicí) • vystlána sliznicí, zvlhčuje vzduch a filtruje ho, IS • sídlo čichu • • • 1.chrupavka štítná 2.chrupavka prstencová 3.průdušnice 4.jícen 5.srdečnice 6.cévní kmen plicnice 7.průdušky 8.horní plicní lalok 9.dolní plicní lalok 10.střední plicní lalok [USEMAP] Dolní cesty dýchací •hrtan – kříží se s hltanem •hrtanová příklopka – při polykání brání vstupu potravy do hrtanu •tvořen souborem chrupavek •Průdušnice (trachea) – pružná trubice, vyztužená podkovovitými chrupavkami •před jícnem •větví se na dvě průdušky (bronchi) – průdušinky (bronchioly)– plicní sklípky (alveoly) - 1 mm, obetkané vlásečnicemi (výměna plynů) [USEMAP] Průdušky •vystlány sliznicí (opatřena řasinkami) •stěny – vyztuženy neuzavřitelnými chrupavčitými prstenci •vnitřní vrstva stěn obsahuje hladkou svalovinu • [USEMAP] Průdušinky • stěny se vyklenují do tenkostěnných plicních sklípků [USEMAP] Plíce •párový orgán • umístěny v hrudním koši • pravá plíce – rozdělena vazivovými přepážkami na tři laloky • levá plíce – dva laloky •plicní tkáň – plicní sklípky (přenos dýchacích plynů mezi vzduchem z vnějšího prostředí a krví (vlásečnice)) [USEMAP] Plíce Epiteliální vrstva buněk váčků těsně přiléhá k endoteliálním buňkám krevních kapilár (alveolokapilární stěna – 1 μm) – plocha 90 m2 (> 40krát). Rychlá difúze podle koncentračního spádu (1/1000 sekundy) Přesun plynů - dýchací pohyby. Vdech (inspirium) x výdech (ex-) [USEMAP] Plíce • na povrchu kryty poplicnicí (vazivová blána) • dutina hrudní je pokryt vazivovou blánou – pohrudnice • mezi nimi je pohrudniční dutina – vyplněna tekutinou • podtlak mezi blánami – plíce rozepjaté • pneumotorax – do pleurální dutiny se dostane vzduch [USEMAP] Plíce • k respiraci je důležité: • plicní ventilace (výměna vzduchu v plicních sklípcích při nádechu a výdechu) • plicní perfuze – přívod krve ke sklípkům • plicní difůze (přestup dýchacích plynů přes membrány stěn plicních sklípků a vlásečnic) [USEMAP] Nádech • hlavní dýchací svaly roztáhnou prostor, kde jsou plíce • bránice - odděluje dutinu hrudní od břišní • - snížení – vzduch je do plic nasáván • zevní mezižeberní svaly - zvedají žebra • plíce jsou roztahovány, vzduch je nasáván do plicních sklípků • [USEMAP] [USEMAP] Výdech •pasivní děj • svaly se uvolní, plíce se mohou smrštit, vytlačit vzduch ze sklípků [USEMAP] Spirometrie •vyšetřovací metoda •informace o kapacitě plic •Vitální kapacita plic (VC – vital capacity; l, ml) = objem vzduchu, který vydechneme s maximálním úsilím po předchozím maximálním nádechu. • hodnoty závisí na pohlaví, věku, trénovanosti,… •objem vzduchu – vliv atmosferický tlak, teplota • • [USEMAP] Vitální kapacita plic (VC) •průměrná hodnota – ženy 3-4 l, muži 4-5,5 l •trénink – až 6 l u plavců až 8 l [USEMAP] Spirometrie •usilovná vitální kapacita plic FVC •FEV1 (litry, procenta): usilovně vydechnutý objem vzduchu za první sekundu •zjištění PEF (litry za sekundu, procenta): vrcholový výdechový průtok, nejvyšší rychlost na vrcholu usilovného výdechu • [USEMAP] Spirometrie •FVC ideálně 100% •FEV1: normální hodnoty min. 80% FVC •snížené hodnoty = obstrukční ventilační porucha OVP (astma bronchiale, bronchitida), ukazuje na snížený průtok vzduchu dýchacími cestami. • [USEMAP] Spirometrie •PEF – snížená hodnota vypovídá o stavu průchodnosti průdušek, při jejich zúžení PEF klesá •po léčbě se hodnota úměrně zlepšuje •normální hodnoty podle věku, pohlaví a výšky postavy (min. 80%) • [USEMAP] Reakce a adaptace dýchacího systému na zátěž •dechová frekvence •klidová dechová frekvence – 16 dechů/min •při zátěži, maximálně 40 dechů/min •při adaptaci – vytrénované osoby – 10 dechů/min, popřípadě 60 dechů/min • [USEMAP] Minutová ventilace (MV) •= objem vzduchu prodýchaného za minutu, uvádí se v litrech za minutu •dechovou frekvenci vynásobíme dechovým objemem • v klidu – 8-10 l /min • při zatížení 120 l/min • vlivem tréninku – 180 l/min [USEMAP] Onemocnění dýchací soustavy •astma •alergie •nachlazení •bronchitida – zánět průdušek •černý kašel •chřipka •zápal plic [USEMAP] Plíce V hrudní dutině (pohrudnice, poplicnice), zespod bránice. Přívodní cesty: nozdry, ústa, vlastní dýchací cesty – průdušnice, průdušky, průdušinky (trachea, bronchi, bronchioli) do plicních váčků savců (sklípků - alveolů – 1 mm, obetkané vlásečnicemi) – vlastní výměna plynů. Epiteliální vrstva buněk váčků těsně přiléhá k endoteliálním buňkám krevních kapilár (alveolokapilární stěna – 1 μm) – plocha 90 m2 (> 40krát). Rychlá difúze podle koncentračního spádu (1/1000 sekundy) Přesun plynů - dýchací pohyby. Vdech (inspirium) x výdech (ex-) plice větvf bronchů_wikip 1.chrupavka štítná 2.chrupavka prstencová 3.průdušnice 4.jícen 5.srdečnice 6.cévní kmen plicnice 7.průdušky 8.horní plicní lalok 9.dolní plicní lalok 10.střední plicní lalok [USEMAP] Žeberní (torakální) x brániční (břišní, abdominální) dýchání. Objem plic je úměrný hmotnosti těla (velryby 100 l, drobní savci 1 ml) [USEMAP] Frekvence dýchacích pohybů závisí na velikosti metabolismu (je nepřímo úměrná hmotnosti těla, i objemu plic) dých a hmotn Minutová plicní ventilace - respirační (dechový) minutový objem - u člověka v klidu – 7,5 l/min (500 ml *15 dechů). Zvětšení: prohloubení x zrychlení dechu. Krev z celého těla do plic – značný obsah CO2, málo O2. V plicích částečné odstranění CO2, sycení O2. Stálé složení alveolárního vzduchu. [USEMAP] Plicní objemy: IK – inspirační kapacita, FRK – funkční reziduální kapacita, IRO – inspirační rezervní objem, ERO - exspirační r.o., res.O – respirační objem, rez.O – reziduální objem Plicní objemy – mrtvý prostor – 150 ml klidový dechový (respirační) objem (500 ml) inspirační rezervní objem (3,3 l) exspirační rezervní objem (1 l) – dohromady VKP Vždy zbude v plicích reziduální objem (1,2 l). [USEMAP] Přenos CO2: a) krevní plazmou (8 %) b) reakce s oxyhemoglobinem → karbaminohemoglobin (25 %) c) 67 % CO2 v červených krvinkách → HCO3- (anhydráza) CO2 + H2O -(ah) → H2CO3→ H+ + HCO3- H+ + HbO2 → O2 + HHb [USEMAP] Podíly hlavních složek (%) a jejich parciální tlaky (kP) ve vzduchu a krvi Atmosfér. v. Alveolár. v. Tepenná krev Žilná krev Vydech. v. % O2 kPa torr 20,95 19,95 150 14 13,3 100 11 – 13 < o 1,3-2,6 < o 10-20 6 5,3 (2,0) 40 (-15) 16 15,4 116 % CO2 kPa torr 0,03 0,04 0,3 5,5 5,33 40 Jako v alveolár. vzduchu 7 6,2 46 5 4,26 32 parc tlaky [USEMAP] Sledování koncentrace O2, CO2 (pO2, CO2 ) Mezižeberní svaly a bránice – inervace somatickými nervy z míchy (krční a hrudní) Dýchací pohyby – inervace z dýchacího ústředí (kaudální část prodloužené míchy) Centrum inspirační (vdechové), centrum exspirační (výdechové). Schopnost samostatné a cyklické tvorby vzruchů. Antagonisté. Pneumotaktické centrum se zpětnovazebným působením na obě předchozí - mozkový kmen nad prodlouženou míchou, působí při intenzivním a hlubokém dýchání Dostředivá složka regulace: - plicní receptory citlivé na natažení - proprioreceptory v mezižeberních svalech - svalové receptory citlivé na K+ z buněk U členovců autonomní, ale i zde pod CNS D:\Dokumenty\DISKC\Dokumenty\Pajdák\fyziol predn\dychani\regulace dych.bmp [USEMAP] Další vlivy: - změny krevního tlaku (registrovány baroreceptory) - chemické vlivy (hlavní): chemoreceptory v karotidě a oblouku aorty citlivé na obsah O2, CO2 a pH. Kontrola vůlí (částečná) – krátkodobé zadržení dechu (zvýšení CO2 a stimulační centrum překoná vliv vyšších pater (kůra) – důležité při řeči, jídle, kašlání). [USEMAP] Zdroje Přednáška doc. Rychnovský Zdroje obrázků a teorie: Google.cz M. Vácha a kol. Srovnávací fyziologie živočichů 2004 Brožek et al. Poznámky k přednáškám a fyziologie (2000) Vokurka a Hugo: Praktický slovník mediciny (2000) Vodrážka Z. Fyzikální chemie pro biologické vědy 1982, či analog.učebnice [USEMAP] Přenos O2: oxyhemoglobin, rozpuštěný v plazmě nevýznamný (1 %) Sycení hemoglobinu kyslíkem syc hemogl O