Gaasivahetus— keha ja keskkonna vahelise gaasivahetuse protsesside kogum; koosneb hapniku tarbimisest ja süsinikdioksiidi eraldumisest koos väikese koguse gaasiliste saaduste ja veeauruga. G. intensiivsus on võrdeline kõigis elundites ja kudedes toimuvate redoksprotsesside intensiivsusega ning on närvi- ja närvisüsteemi reguleeriva mõju all. endokriinsüsteemid. Gaasivahetust tagavad mitmete kehasüsteemide funktsioonid. Suurima tähtsusega on väline ehk pulmonaarne hingamine, mis tagab gaaside suunatud difusiooni läbi alveolokapillaarsete vaheseinte kopsudes ning gaasivahetuse välisõhu ja vere vahel; vere hingamisfunktsioon, mis sõltub plasma lahustumisvõimest ja hemoglobiini võimest hapnikku ja süsinikdioksiidi pööratavalt siduda; transpordifunktsioon südame-veresoonkonna süsteemist(verevool), mis tagab veregaaside ülekande kopsudest kudedesse ja tagasi; ensüümsüsteemide funktsioon, mis tagab gaaside vahetuse vere- ja koerakkude vahel, s.o. kudede hingamine (vt.).
Veregaaside difusioon (gaaside üleminek alveoolidest verre, verest koerakkudesse ja tagasi) toimub rakumembraani kaudu piki kontsentratsioonigradienti – kõrgema kontsentratsiooniga kohtadest madalama kontsentratsiooniga piirkondadesse. Tänu sellele protsessile võrdsustuvad sissehingamise lõpus kopsualveoolides erinevate gaaside osarõhud alveolaarses õhus ja veres. Vahetus atmosfääriõhuga järgneval välja- ja sissehingamisel (alveoolide ventilatsioon) põhjustab taas gaaside kontsentratsiooni erinevusi alveolaarses õhus ja veres, mille tõttu hapnik difundeerub verre ja süsinikdioksiid verest. Gaaside difusioon läbi alveolaarse kapillaari vaheseina algab difusiooniga läbi õhukese vedelikukihi alveolaarepiteeli pinnal, mille puhul difusioonikiirus (st membraani läbiva gaasi hulk ajaühikus) on väiksem kui õhus. , sest Difusioonikoefitsient on pöördvõrdeline keskkonna viskoossusega ja sõltub ka gaaside lahustuvusest (neeldumisest) antud vedelikus. Sama difusioonitakistuse korral on difusioonikiirus (V) otseselt proportsionaalne erinevusega osaline rõhk gaas mõlemal pool membraani (Dp). Kopsudes gaaside difusioonikindluse iseloomustamiseks on tavaks kasutada selle pöördväärtust - koefitsienti või läbilaskvustegurit, mida praktikas tähistatakse kopsude difusioonina (DL).
See väärtus võrdub gaasi kogusega, mis läbib kopsumembraani 1 minuti jooksul, kusjuures osarõhu erinevus mõlemal pool membraani on 1 mm Hg. Art. Tervel täiskasvanul puhkeolekus on Dp väärtus umbes 10 mm Hg. Art., ja hapniku neeldumine on ligikaudu 300 ml/min, mis tähendab, et kopsude hapniku difusioonivõime on tavaliselt ligikaudu 30 ml/min/mmHg. Art. Vere hingamisfunktsiooni määrab hemoglobiiniga seotud ja plasmas lahustunud O 2 ja CO 2 hulk, samuti tingimused, mis tagavad vereringeks vajalike HbO 2 ja HbCO 2 molekulide dissotsiatsiooni kudesid ja kopse. Veres lahustuvad väikestes kogustes lisaks O 2 ja CO 2-le ka lämmastik, argoon, heelium jne.
Füüsikaliselt lahustunud kujul olevate gaaside sisaldus vedelikus sõltub selle pingest ja lahustuvuskoefitsiendist (Henry-Daltoni seadus), mis vastab 1 ml vedelikus füüsikaliselt lahustunud gaasi mahule (ml) gaasipingel 1 atm ehk 760 mm Hg. Art. Täisvere puhul temperatuuril t° 37° on hapniku lahustuvustegur (a) 0,024, süsinikdioksiidi lahustuvustegur - 0,49, lämmastiku - 0,012. Mida kõrgem on gaasi pinge, seda suurem on muude asjaolude korral selle vedelikus lahustunud maht, sh. veres. Kui hapniku osarõhk alveolaarses õhus on 95 mm Hg. Art., 100 ml arteriaalses veres lahustatakse segatud venoosses veres umbes 0,30 ml O 2, kui hapniku pinge langeb 40 mm Hg-ni. Art. 100 ml veres on füüsikaliselt lahustunud hapniku osakaal umbes 0,11 ml. Lahustunud CO 2 kogus 100 ml arteriaalses ja venoosses veres on vastavalt 2,6 ja 2,9 ml. Enamik O 2 ja CO 2 transporditakse hemoglobiiniga ühenduses HbO 2 ja HbCO 2 molekulide kujul.
Maksimaalset hapniku kogust, mida veri seob, kui hemoglobiin on täielikult hapnikuga küllastunud, nimetatakse vere hapnikumahuks. Tavaliselt jääb selle väärtus vahemikku 16,0-24,0 mahuprotsenti ja sõltub hemoglobiini sisaldusest veres, millest 1 g suudab siduda 1,34 ml hapnikku (Hüfneri arv). Kliinikus määratakse arteriaalse vere hapnikuga küllastumise aste, milleks on vere hapnikusisalduse ja selle hapnikumahtuvuse suhe, väljendatuna %. Hapniku sidumine hemoglobiiniga on pöörduv protsess, mis sõltub vere hapniku pingest (hapniku pinge vähenemisel oksühemoglobiinist vabaneb hapnik), mis kajastub hemoglobiini nn hapniku dissotsiatsioonikõveras, aga ka muudest teguritest. , eriti vere pH.
Reeglina nihutavad kõik need tegurid oksühemoglobiini dissotsiatsioonikõverat, suurendades või vähendades selle kallet, kuid muutmata selle S-kuju. Kudedes moodustunud CO 2 läheb verekapillaaride verre, seejärel difundeerub erütrotsüüti, kus karboanhüdraasi toimel muutub süsihappeks, mis dissotsieerub koheselt vesinikioonideks ja. Viimased difundeeruvad osaliselt vereplasmasse, moodustades naatriumvesinikkarbonaadi, mis vere kopsudesse sattumisel dissotsieerub sarnaselt punastes verelibledes sisalduvate ioonidega (sh kaaliumvesinikkarbonaadiga), moodustades CO 2, mis läbib difusiooni alveoolidesse. Umbes 80% CO 2 koguhulgast kandub kudedest kopsudesse bikarbonaatidena, 10% vabalt lahustunud süsihappegaasina ja 10% karboksühemoglobiinina. Karboksühemoglobiin dissotsieerub kopsukapillaarides hemoglobiiniks ja vabaks CO 2 -ks, mis eemaldatakse väljahingatavas õhus. CO 2 vabanemist sidemest hemoglobiiniga hõlbustab viimase muundumine oksühemoglobiiniks, mis omades väljendunud happelisi omadusi on võimeline muutma vesinikkarbonaate süsihappeks, mis dissotsieerub, moodustades veemolekule ja CO 2.
Gaasivahetuse patoloogia väljendub gaasi intensiivsuse suurenemises või vähenemises. Gaasi intensiivsuse üldist suurenemist, mis peegeldab suurenenud hapnikutarbimist, täheldatakse palaviku, türeotoksikoosi, nakkuslike mürgistuste (näiteks tuberkuloosi) korral. ja ainevahetuse suurenemine seoses kesknärvisüsteemi haigustega. (sealhulgas neurooside korral), neerupealised, sugunäärmed, adrenomimeetikumide üleannustamise korral. G. intensiivsuse vähenemist koos hapnikutarbimise vähenemisega täheldatakse kunstliku hüpotermia, mükseedeemi ja toitumise düstroofia korral. G. patoloogiat ennast iseloomustab kudede ebapiisav varustamine hapnikuga vastavalt nende hetkevajadustele ja (või) vere süsihappegaasi (pCO 2) nõuetekohane pinge, mis on seotud reguleerimisega. happe-aluse tasakaalu, samuti hingamis- ja vereringefunktsioone.
pCO 2 patoloogiline tõus – hüperkapnia (gaasatsidoos) – on tavaliselt kombineeritud hapniku pinge (pO 2) vähenemisega vereplasmas ja selle sisalduse vähenemisega erütrotsüütides, s.o. hüpokseemia, mis põhjustab kudede hüpoksiat. PCO 2 patoloogiline langus – hüpokapnia (gaasalkaloos) – on võimalik ka normaalse vere hapnikuga varustamise korral, nagu juhtub ka kopsualveoolide hüperventilatsiooni korral, millega kaasneb suurenenud hingamine (kaasa arvatud vabatahtlik). Hüperventilatsioon praktiliselt ei suurenda hapniku ülekannet alveoolidest verre, kuid aitab kaasa süsinikdioksiidi liigsele eritumisele. Ajuarterite laienemise aste ja perifeersete veenide toonus sõltuvad CO 2 kontsentratsioonist veres, seetõttu kaasneb hüpokapniaga vere venoosse tagasivoolu südamesse, südame väljundi ja vererõhu vähenemine; samal ajal väheneb hajusalt ajuverevool, mis väljendub pearingluses, paresteesias, minestamises kuni minestamiseni (nn hüperventilatsiooni sündroom).
Gaasi katkemise põhjused organismi ja keskkonna vahel võivad olla muutused gaaside koostises või osarõhus sissehingatavas õhus; välise hingamissüsteemi patoloogia ja selle reguleerimine; vere ja vereringe transpordi- ja jaotusfunktsiooni rikkumised; kudede redoksprotsesside häired (rakulise hingamise pärssimine). G. patoloogiat, mis on tingitud sissehingatava õhu koostise ja rõhu muutustest, täheldatakse haruldases atmosfääris, kunstlike hingamisteede segude ebaõige kasutamise korral, hingamisel suletud süsteemides ilma vahetatava gaasi koguse piisava stabiliseerimiseta jne. Haruldases atmosfääris (näiteks tõusmisel üle 3000 m kõrgusele), kus pO 2 õhus on oluliselt vähenenud, täheldatakse selle vähenemist ka alveolaarses õhus ja seetõttu ka vere hapnikuga küllastumist. kopsukapillaarid vähenevad (vt,).
PO 2 vähenemine arteriaalses veres stimuleerib hingamiskeskuse tööd, mille tulemusel suureneb hingamise minutimaht ja süsihappegaasi eritumine. Arenev gaasialkaloos pärsib hapniku vabanemist hemoglobiinist, mis süvendab hüpokseemiast põhjustatud kudede hüpoksiat. G. välise hingamise patoloogia häired võivad olla põhjustatud alveolaarkapillaaride membraanide gaaside läbilaskvuse vähenemisest (difusioonipuudulikkus), ebapiisavast õhuvahetusest alveoolides koos nende vähenenud või ebaühtlase ventilatsiooniga (ventilatsiooni puudulikkus) , samuti ventilatsiooni-perfusiooni suhte rikkumine. Difusioon hingamispuudulikkus Oluliste erinevuste tõttu O 2 ja CO 2 difusioonis läbi alveolaar-kapillaarmembraanide põhjustab see rasket hüpokseemiat, stimuleerides ventilatsiooni ja seetõttu kombineerituna hüpokapniaga.
Hüpokseemia aste on neil juhtudel väga märkimisväärne ja seda võib kliiniliselt väljendada difuusne tsüanoos, mis suureneb järsult isegi vähese füüsilise aktiivsusega. Selline G. rikkumine on iseloomulik erinevate etioloogiate difuussele kopsufibroosile ja granulomatoosile, näiteks berüllioosi, sarkoidoosi, Hamman-Richi sündroomi korral (vt Alveoliit) ja mõnikord täheldatakse seda kopsuvähilise lümfangiidi korral. Kopsualveoolide hüpoventilatsiooniga langeb pO 2 alveolaarses õhus, pCO 2 suureneb; sel juhul tekib osarõhugradient, mis on vajalik gaaside difusiooniks läbi alveolaarse kapillaarmembraani, vähendades pO 2 ja suurendades vereplasma pCO 2. Seetõttu põhjustab alveoolide tõsine hüpoventilatsioon mitte ainult hüpokseemiat, vaid ka hüperkapniat koos gaasiatsidoosi tekkega. Alveolaarse hüpoventilatsiooni põhjuste hulgas on juhtival kohal bronhide obstruktsiooni häired ja kopsude funktsionaalse mahu, eelkõige jääkõhu mahu muutused (vt.). Nad määravad kindlaks ventilatsioonipuudulikkuse, mis kaasneb selliste levinud haigustega nagu bronhiaalastma, bronhioliit (vt), bronhiit, pneumoskleroos ja emfüseem.
Alveolaarse hüpoventilatsiooni põhjuseks võib olla ka Pickwicki sündroom, hingamiskeskuse häired kesknärvisüsteemi orgaaniliste kahjustuste tõttu, mürgistus barbituraatide, oopiumiravimitega, samuti hingamislihaste, diafragma ja pleura motoorsete närvide kahjustus. . Ebaühtlane ventilatsioon tekib siis, kui hüpoventilatsiooniga on ainult teatud kopsupiirkonnad, kui hingamismahu suurenemine, ilma hüpokseemiat kõrvaldamata, põhjustab teiste piirkondade hüperventilatsiooni koos liigse CO 2 eritumisega. Selle tulemusena võib ebaühtlane ventilatsioon ilmneda sama hüpokseemia ja hüpokapnia kombinatsioonina kui difuusse rikke korral. Erinevalt viimasest ebaühtlase alveolaarse ventilatsiooniga patsientidel treeningstress ei suurenda tsüanoosi astet ja mõnel juhul tsüanoos isegi väheneb tänu paranenud ventilatsioonile piirkondades, kus seda vähendati (hingamise sundimine treeningu ajal, lokaalse bronhospasmi kõrvaldamine jne).
Igat tüüpi seedetrakti patoloogiate tekkes kopsudes esineb häireid ventilatsiooni-perfusiooni suhetes, kuid mõnel juhul on see ülima tähtsusega.Tavaliselt on alveolaarse ventilatsiooni minutimahu suhe, mis on keskmiselt 4- 5 liitrit puhkeolekus kuni pulmonaalperfusiooni minutimahuni (ligikaudu 5–6 l) on vahemikus 0,8–1. Hüpokseemiaga ventilatsiooni ebaõnnestumise korral on see indikaator alla 0,8, mis on tingitud perfusiooni säilimisest kopsude hüpoventilatsiooniga piirkondades ja mõnikord seotud nende hüperfusiooniga, nagu näiteks hüpereemia (“loputus”) korral. ) ägeda kopsupõletiku kujunemise faas. Sel juhul moodustub omamoodi venoarteriaalne šunt: kopsu ventileerimata ala läbinud veri jääb venoosseks ja läheb sellisel kujul süsteemse vereringe arteriaalsesse süsteemi. See seletab patsientide tsüanoosi lobar-kopsupõletiku arengu esimestel päevadel.
Ventilatsiooni ja verevoolu suhe kopsudes muutub suuremaks kui 1, kui perfusiooni vähendatakse piirkondades, kus ventilatsioon säilib või isegi suureneb (kopsuarteri harude tromboosi või embooliaga, kopsuvaskuliit, angioskleroos). Ventilatsiooni ülekaal verevoolust võib põhjustada hüperventilatsiooni koos hüpokapniaga. CO 2 sisaldus veres mõjutab hemoglobiini seost O 2 -ga ja seeläbi O 2 vahetust kudedes ja kopsudes. Hüpokapniaga on oksühemoglobiini dissotsiatsioon raske; hüperkapniaga, mida tavaliselt kombineeritakse hüpokseemiaga, on oksühemoglobiini dissotsiatsioon kergendatud, kuid vere hapnikuga varustamine kopsudes on takistatud.
G. patoloogiat, mis on tingitud gaaside transpordi häiretest kopsude ja keharakkude vahel, täheldatakse siis, kui vere gaasimaht väheneb hemoglobiini puudumise või kvalitatiivsete muutuste tõttu, samuti kui vere mahukiirus väheneb. verevool kudedes väheneb. Aneemia korral väheneb vere hapnikumaht proportsionaalselt hemoglobiini kontsentratsiooni vähenemisega. Kudede hapnikuvarustuse vähenemist vere mahuühikust saab ainult osaliselt kompenseerida verevoolu kiiruse suurenemisega, kuna viimane ei tohiks ületada kudede ja nendega kokkupuutuva vere vahelise gaasi kiirust. Hemoglobiini kontsentratsiooni langus aneemia ajal piirab ka süsinikdioksiidi transporti kudedest kopsudesse karboksühemoglobiini kujul.
Hapniku transpordi häired veres ilmnevad ka siis, kui hemoglobiini kahjustab patoloogia, näiteks sirprakuline aneemia (vt), kui osa hemoglobiini molekulidest on inaktiveeritud selle muutumise tõttu methemoglobiiniks, näiteks nitraadimürgistuse korral ( vt) või karboksühemoglobiiniks – süsinikoksiidi sissehingamisel. Hemoglobiini side süsinikmonooksiidiga on tugevam kui hapnikuga. Lisaks halvendab karboksühemoglobiini esinemine veres oksühemoglobiini dissotsiatsiooni. Seetõttu kaasneb 50% hemoglobiini inaktiveerimisega, mis on tingitud selle muutumisest karboksühemoglobiiniks, palju raskem hemoglobiinihäire, kui näiteks verejooksu ajal isegi sama 50% hemoglobiini kadu. G. häired, mis on tingitud verevoolu mahulise kiiruse vähenemisest kapillaarides, esinevad südamepuudulikkuse (eriti kongestiivse), veresoonte puudulikkuse (sh kollaps, šokk), lokaalsete häirete korral - koos vasospasmi ja muude koeisheemia põhjustega, samuti lokaalse venoosse staasiga, arteriovenulaarsete anastomooside patoloogiline avanemine. Vere stagnatsiooni tingimustes suureneb vähenenud hemoglobiini kontsentratsioon.
Südamepuudulikkuse korral on see nähtus eriti väljendunud südamest kaugemal asuvate kehapiirkondade kapillaarides, kus verevool on kõige aeglasem, mis kliiniliselt väljendub akrotsüanoosina. Maosüsteemi esmaseid häireid rakutasandil täheldatakse peamiselt hingamisteede ensüüme blokeerivate mürkide mõjul. Selle tulemusena kaotavad rakud võime kasutada hapnikku (arteriovenoosne hapnikuerinevus kaob, kuna venoosne veri on hapnikurikas) ja tekib tõsine kudede hüpoksia, mis viib subtsellulaarsete ja rakuliste elementide struktuurse disorganiseerumiseni kuni nekroosini. Rakulise hingamise kahjustus võib olla põhjustatud vitamiinipuudus nt vitamiinide B 2, PP defitsiit, mis on hingamisteede ensüümide koensüümid.
Seedetrakti häirete korrigeerimine on välishingamissüsteemide patoloogia või organismis gaasitranspordiga patsientide ravimisel üks olulisemaid, mõnikord ka kiireloomulisi ülesandeid. Hüpokseemia korral koosneb see hapnikravist, mis aga võib olla ohtlik raske hüperkapniaga patsientide apnoe ohu tõttu või muude põhjuste olemasolul, mis põhjustavad hingamiskeskuse süsinikdioksiidi reaktiivsuse vähenemist. Hüperkapnia ja raske hüpokseemia koos respiratoorse arütmiaga on näidustused kunstliku kopsuventilatsiooni (ALV) kasutamiseks. Hüpokapnia korral on vajalik hüperventilatsioon kõrvaldada või vähendada. Samal eesmärgil kasutatakse promedooli või morfiini (eriti tahhüpnoe korral), ventilatsioonirežiimi korrigeerimiseks mehaanilist ventilatsiooni saavatel patsientidel. G. patoloogia korral ei paranda konventsionaalne hapnikravi oluliselt kudede hapnikuga varustamist ainult kopsuvereringe häirete või gaasitranspordi häirete tõttu. Teatud tüüpi selliste häirete korral on efektiivne hapniku baroteraapia (vt.), raske aneemia korral - punaste vereliblede transfusioon. Kudede hingamise tõhususe suurendamiseks manustatakse parenteraalselt kokarboksülaasi, riboflaviinmononukleotiidi (või flavinaati) ja tsütokroom c. Avastatud happe-aluse tasakaalustamatuse korrigeerimine on vajalik (vt Alkaloos, Atsidoos).
Pinge ja gaasisisalduse mõõtmine veres ja kudedes. Hapniku pinget mõõdetakse kõige sagedamini polarograafiliselt. Arterialiseeritud kapillaarvere O2 pinge analüüsimiseks võetakse maapinnast (kuumutatud) kõrvapulgast paar tilka. Mikroelektroodide abil on võimalik mõõta O2 pinget otse üksikutes rakkudes. CO 2 pinge mõõtmiseks väikestes kogustes arteriaalses veres kasutatakse elektromeetrilist meetodit (kasutatakse sama elektroodi, mis pH mõõtmisel) või Astrupi meetodit. Seedetrakti häirete astme hindamisel võetakse arvesse happe-aluse tasakaalu muutusi. Kui on vaja mõõta mitte pinget, vaid gaaside sisaldust veres, kasutatakse meetodeid, kus gaasid eemaldatakse esmalt täielikult verest ning seejärel mõõdetakse nende rõhku või mahtu. Kõige sagedamini kasutatakse selleks Van-Slyke'i manomeetrit. Hapniku tarbimise ja süsihappegaasi eraldumise mahulist kiirust mõõdetakse suletud tüüpi mahumõõteriistadega, mis töötavad hermeetilises "subjekt-seadme" süsteemis gaasipuuduse määramise põhimõttel.
On seadmeid, mis kasutavad hingamiseks puhast hapnikku, ja hapniku-õhu seguga seadmeid. Hapnik-õhk hingamisrežiimiga seadmetel on võimalus paralleelselt ühendada lisavõimsus ja hapniku stabiliseerimine, kui hapnikku lisatakse süsteemi vastavalt selle tarbimisele. Need on erinevad spirograafid ja spiromeetrid täiskasvanutele ja lastele. Gaasianalüüsi teostavad erinevad sissehingatava ja väljahingatava õhu mahu- ja kiirusega gaasianalüsaatorid, kromatograafid, massispektrograafid, polarograafid, ioonselektiivsete elektroodidega seadmed jne. Vere hapnikuküllastuse määramiseks kasutatakse oksügenograafe. Happe-aluse tasakaalu määramine toimub veregaaside mikroanalüüsi seadmete abil. Kui välishingamissüsteemi patoloogiaga patsientidel on vaja uurida gaasivahetuse häirete põhjuseid, määratakse alveolokapillaaride membraanide difusiooniläbilaskvus massispektromeetria ja spetsiaalsete gaasianalüüsil põhinevate difusioonimeetrite abil, häired kopsude funktsionaalsete mahtude struktuuris. ja bronhide läbilaskvust uuritakse spiromeetria, spirograafia abil (vt.) pneumotahomeetria funktsionaalsete testide abil.
Alveoolide ventilatsiooni ebaühtluse aste määratakse lämmastiku, heeliumi või muude indikaatorgaaside lahjendusaja pikenemisega kopsude kogumahus. Ventilatsiooni-perfusiooni suhete katkemist kopsudes saab kaudselt hinnata funktsionaalse surnud ruumi muutuste ja selle seose alusel loodete mahuga. Gaasivahetuse uurimiseks mõeldud seadmete töötamise ajal on vaja jälgida ühenduselementide (hingamistorud, kotid, huulikud jne) puhtust. Viimastel on spetsiaalsed ühekordsed pihustid.
Bibliograafia: hingamise kliinilise füsioloogia juhend, toim. L.L. Shika ja N.N. Kanaeva, L., 1980; Inimese füsioloogia, toim. R. Schmidt ja G. Teus, tlk. inglise keelest; Koos. 216, M., 1986.
Sait pakub viiteteavet ainult informatiivsel eesmärgil. Haiguste diagnoosimine ja ravi peab toimuma spetsialisti järelevalve all. Kõigil ravimitel on vastunäidustused. Vajalik on konsultatsioon spetsialistiga!
Kopsud on meie keha kõige mahukam organ. Kopsude struktuur ja mehhanism on üsna huvitav. Iga sissehingamine täidab meie keha hapnikuga ning väljahingamisel eemaldatakse kehast süsihappegaas ja mõned mürgised ained. Me hingame pidevalt – nii unes kui ka ärkvel olles. Sissehingamise ja väljahingamise protsess on üsna keerukas tegevus, mida viivad läbi mitmed süsteemid ja organid samaaegse interaktsiooniga.Mõned üllatavad faktid kopsude kohta
Kas teadsite, et kopsudes on 700 miljonit alveooli ( kotikeste otsad, milles toimub gaasivahetus)?Huvitav fakt on see, et alveoolide sisepinna pindala muutub rohkem kui 3 korda - sissehingamisel on see suurem kui 120 ruutmeetrit, väljahingamisel 40 ruutmeetrit.
Alveoolide pindala on rohkem kui 50 korda suurem kui naha pindala.
Kopsu anatoomia
Tavaliselt võib kopsu jagada kolmeks osaks: 1. Õhuosa ( bronhipuu) - mille kaudu õhk, nagu kanalite süsteem, jõuab alveoolidesse.
2. Sektsioon, milles gaasivahetus toimub, on alveolaarsüsteem.
3. Erilist tähelepanu väärib kopsude vereringesüsteem.
Kopsu struktuuri üksikasjalikumaks uurimiseks käsitleme kõiki esitatud süsteeme eraldi.
Bronhipuu – nagu õhusüsteem
Seda esindavad bronhide oksad, mis visuaalselt meenutavad gofreeritud torusid. Nagu hargneb bronhipuu bronhide luumen kitseneb, kuid need muutuvad üha arvukamaks. Bronhide terminaalsete harude, mida nimetatakse bronhioolideks, luumeni suurus on alla 1 millimeetri, kuid nende arv on mitu tuhat.Bronhide seina struktuur
Bronhide sein koosneb kolmest kihist:1. Sisemine kiht – limane. Vooderdatud sammaskujulise ripsepiteeliga. Selle limakihi eripäraks on ripsmeliste harjaste olemasolu pinnal, mis loovad lima ühesuunalise liikumise pinnal ja aitavad kaasa tolmuosakeste või muude mikroskoopiliste osakeste mehaanilisele eemaldamisele väliskeskkonda. Limaskesta pind on alati niisutatud ning sisaldab antikehi ja immuunrakke.
2. Keskmine kest – lihasekõhreline. See kest toimib mehaanilise raamina. Kõhrelised rõngad loovad gofreeritud vooliku välimuse. Bronhide kõhrkude takistab kopsude õhurõhu muutumisel bronhide valendiku kokkuvarisemist. Samuti tagavad elastse sidekoega ühendatud kõhrelised rõngad bronhipuu liikuvuse ja painduvuse. Bronhide kaliibri vähenedes hakkab keskmises kihis domineerima lihaseline komponent. Silelihaskoe abil suudavad kopsud reguleerida õhuvoolu ning piirata nakkuse ja võõrkehade levikut.
3. Välimine kest – adventitsia. See membraan tagab mehaanilise ühenduse bronhipuu ja ümbritsevate elundite ja kudede vahel. Koosneb kollageenist sidekoe.
Bronhide hargnemine meenutab väga ümberkukkunud puu välimust. Sellest ka nimi - bronhipuu. Bronhipuu hingamisteede algust võib nimetada hingetoru luumeniks. Selle alumises osas paiknev hingetoru hargneb kaheks peamiseks bronhiks, mis suunavad õhuvoolu igaüks oma kopsu. parem ja vasak). Kopsu sees jätkub hargnemine lobaarbronhideni ( 3 vasakus kopsus ja 2 paremas), segmendiline jne. Bronhipuu hingamisteede süsteem lõpeb terminaalsete bronhioolidega, millest moodustub kopsu hingamisosa ( toimub gaasivahetus kopsudes vere ja õhu vahel).
Kopsu hingamisteede osa
Kopsu hingamisteede süsteemi hargnemine ulatub bronhioolide tasemeni. Igast bronhioolist, mille läbimõõt ei ületa 1 mm, tekib 13–16 respiratoorset bronhiooli, millest omakorda tekivad alveoolidega lõppevad hingamisteed. viinamarjakujulised kotid), milles toimub peamine gaasivahetus.Kopsualveoolide struktuur
Kopsualveool näeb välja nagu viinamarjakobar. Koosneb hingamisteede bronhioolidest, hingamiskanalitest ja õhukottidest. Alveoolide sisepind on vooderdatud ühekihilise lameepiteeliga, mis on tihedalt seotud kapillaaride endoteeliga, ümbritsedes alveoole võrgustikuna. Just tänu sellele, et alveoolide valendik on kapillaari luumenist väga õhukese kihiga eraldatud, on võimalik aktiivne gaasivahetus kopsu- ja vereringesüsteemi vahel. Alveoolide sisepind on kaetud spetsiaalse orgaaniline aine – pindaktiivset ainet.
See aine sisaldab orgaanilisi komponente, mis takistavad alveoolide kokkuvarisemist väljahingamisel, see sisaldab antikehi ja immuunrakke, mis pakuvad kaitsefunktsioone. Pindaktiivne aine takistab ka vere tungimist alveoolide luumenisse.
Kopsu asukoht rinnus
Kops on mehaaniliselt kinnitatud ümbritsevate kudede külge ainult peamiste bronhidega liitumiskohas. Ülejäänud pinnal puudub mehaaniline seos ümbritsevate organitega.
Kuidas siis kopsud hingamise ajal laienevad?
Fakt on see, et kops asub rindkere spetsiaalses õõnes, mida nimetatakse pleura. See õõnsus on vooderdatud ühe limaskesta kihiga - rinnakelme. Sama kude ääristab kopsu enda välispinda. Need limaskestad puutuvad üksteisega kokku, säilitades libisemise võimaluse. Tänu erituvale määrdeainele on sissehingamisel ja väljahingamisel võimalik kopsu välispinnal libiseda mööda rindkere ja diafragma sisepinda.
Hingamistegevuses osalevad lihased
Tegelikult on sisse- ja väljahingamine üsna keeruline ja mitmetasandiline protsess. Selle kaalumiseks on vaja tutvuda välise hingamise protsessis osaleva luu- ja lihaskonna süsteemiga.Välises hingamises osalevad lihased
Diafragma
- See on lame lihas, mis on venitatud nagu batuut piki rannikukaare serva. Diafragma eraldab rindkere kõhuõõnest. Diafragma põhifunktsioon on aktiivne hingamine.
Interkostaalsed lihased
– on esindatud mitme lihaskihiga, mille kaudu on ühendatud külgnevate ribide ülemine ja alumine serv. Reeglina on need lihased seotud sügava sissehingamise ja pika väljahingamisega.
Hingamise mehaanika
Sissehingamisel toimub mitmeid üheaegseid liigutusi, mis põhjustavad õhu aktiivset süstimist hingamisteedesse. Diafragma kokkutõmbumisel lameneb see. Vaakumi tõttu tekib pleuraõõnes negatiivne rõhk. Negatiivne rõhk pleuraõõnes kandub edasi kopsu kudedesse, mis kuulekalt laienevad, tekitades negatiivse rõhu hingamisteedes ja hingamisteedes. Selle tulemusena tungib atmosfääriõhk madala rõhuga piirkonda - kopsudesse. Pärast hingamisteede läbimist seguneb värske õhk kopsuõhu jääkosaga ( õhk, mis jääb pärast väljahingamist alveoolide ja hingamisteede luumenisse). Selle tulemusena suureneb hapniku kontsentratsioon alveoolide õhus ja väheneb süsinikdioksiidi kontsentratsioon.
Sügaval sissehingamisel lõdvestub teatud osa kaldus roietevahelistest lihastest ja risti asetsev osa lihaseid tõmbub kokku, mis suurendab roietevahelisi kaugusi, suurendades rindkere mahtu. Seetõttu on võimalik suurendada sissehingatava õhu mahtu 20–30%.
Väljahingamine on enamasti passiivne protsess. Rahulik väljahingamine ei nõua ühegi lihase pinget - vaja on ainult diafragma lõdvestamist. Kops tõrjub oma elastsuse ja elastsuse tõttu välja suurema osa õhust. Ainult sunnitud väljahingamisel võivad kõhulihased ja roietevahelised lihased pingestuda. Näiteks aevastades või köhides tõmbuvad kõhulihased kokku, tõuseb kõhusisene rõhk, mis kandub diafragma kaudu edasi kopsukoesse. Teatud osa roietevahelistest lihastest põhjustab kokkutõmbumisel roietevaheliste ruumide vähenemist, mis vähendab rindkere mahtu, mis põhjustab suurenenud väljahingamist.
Kopsu vereringesüsteem
Kopsuveresooned pärinevad südame paremast vatsakesest, millest veri siseneb kopsutüvesse. See jaotab verd vastavate kopsude paremasse ja vasakpoolsesse kopsuarterisse. Kopsukudedes hargnevad veresooned paralleelselt bronhidega. Lisaks kulgevad arterid ja veenid paralleelselt bronhiga vahetus läheduses. Kopsu hingamisosa tasandil hargnevad arterioolid kapillaarideks, mis ümbritsevad alveoole tiheda veresoonte võrgustikuga. Selles võrgus toimub aktiivne gaasivahetus. Vere läbimise tulemusena kopsu hingamisosa tasemel rikastuvad punased verelibled hapnikuga. Alveolaarsetest struktuuridest lahkudes jätkab veri liikumist, kuid südame suunas - selle vasakpoolsetesse osadesse.Kuidas toimub gaasivahetus kopsudes?
Sissehingamisel saadud õhu osa muudab alveolaarõõne gaasi koostist. Hapniku tase tõuseb, süsihappegaasi tase väheneb. Alveoolid on ümbritsetud üsna tiheda pisikeste veresoonte võrgustikuga - kapillaarid, mis punaseid vereliblesid aeglaselt läbi juhtides aitavad kaasa aktiivsele gaasivahetusele. Hemoglobiiniga koormatud punased verelibled, mis läbivad alveoolide kapillaaride võrgustikku, lisavad hemoglobiinile hapnikku.
Samal ajal eemaldatakse verest süsihappegaas – see väljub verest ja läheb hingamisteede õõnsusse. Lisateavet selle kohta, kuidas punaste vereliblede gaasivahetusprotsess molekulaarsel tasemel toimub, leiate artiklist: "Punased verelibled - kuidas need töötavad? "
Kopsude kaudu toimub hingamise ajal pidev gaasivahetus atmosfääriõhu ja vere vahel. Kopsude ülesanne on varustada organism vajaliku koguse hapnikuga, eemaldades samaaegselt organismi kudedes moodustunud ja verega kopsudesse transporditud süsihappegaasi.
Kuidas hingamisprotsessi kontrollitakse?
Hingamine on poolautomaatne protsess. Me suudame teatud aja hinge kinni hoida või vabatahtlikult hingamist kiirendada. Päevasel ajal määrab hingamise sageduse ja sügavuse aga peamiselt automaatselt tsentraalne närvisüsteem. Medulla oblongata tasemel on spetsiaalsed keskused, mis reguleerivad hingamise sagedust ja sügavust sõltuvalt süsihappegaasi kontsentratsioonist veres. See keskus ajus on närvitüvede kaudu ühendatud diafragmaga ja tagab selle rütmilise kokkutõmbumise hingamistoimingu ajal. Kui hingamise juhtimiskeskus või seda keskust diafragmaga ühendavad närvid on kahjustatud, on välise hingamise säilitamine võimalik vaid kunstliku ventilatsiooni abil.Tegelikult on kopsudel palju rohkem funktsioone: vere happe-aluse tasakaalu säilitamine (vere pH hoidmine 7,35-7,47 piires), immuunkaitse, vere puhastamine mikrotrombidest, vere hüübimise reguleerimine, toksiliste lenduvate ainete eemaldamine. Selle artikli eesmärk oli aga välja tuua kopsu hingamisfunktsioon, peamised välishingamise mehhanismid.
Gaasivahetus on vajalik peaaegu kõikidele organismidele, ilma selleta pole normaalne ainevahetus ja energia ning järelikult ka elu ise võimatu.
Kudedesse sisenevat hapnikku kasutatakse süsivesikute, rasvade ja valkude pika keemilise muundamise tulemusena tekkivate toodete oksüdeerimiseks. Sel juhul tekivad CO 2, vesi, lämmastikuühendid ja eraldub energia, mida kasutatakse kehatemperatuuri hoidmiseks ja tööde tegemiseks. Organismis moodustuva ja lõpuks sellest vabaneva CO 2 hulk ei sõltu ainult tarbitud O 2 kogusest, vaid ka sellest, mis valdavalt oksüdeerub: süsivesikutest, rasvadest või valkudest. Kehast eemaldatud CO 2 ja sama aja jooksul imendunud O 2 suhet nimetatakse hingamiskoefitsiendiks, mis on ligikaudu 0,7 rasvade oksüdeerumisel, 0,8 valkude oksüdatsioonil ja 1,0 süsivesikute oksüdatsioonil. 1 liitri tarbitud O2 (hapniku kaloriekvivalendina) eralduv energiahulk on süsivesikute oksüdeerumisel 20,9 kJ (5 kcal) ja rasvade oksüdeerumisel 19,7 kJ (4,7 kcal). Ajaühikus kuluva O 2 ja hingamiskoefitsiendi põhjal saab välja arvutada organismis vabaneva energia hulga.
Gaasivahetus (ja seega ka energiakulu) poikilotermilistel loomadel (külmaverelised loomad) väheneb kehatemperatuuri langedes. Sama sõltuvus leiti ka homöotermilistel loomadel (soojaverelised), kui termoregulatsioon on välja lülitatud (loodusliku või kunstliku hüpotermia tingimustes); Kui kehatemperatuur tõuseb (ülekuumenemine, teatud haigused), gaasivahetus suureneb.
Kui ümbritseva õhu temperatuur langeb, suureneb soojaverelistel loomadel (eriti väikestel) gaasivahetus suurenenud soojuse tootmise tulemusena. See suureneb ka pärast toidu, eriti valgurikka toidu söömist (toidu nn spetsiifiline dünaamiline toime). Gaasivahetus saavutab oma suurimad väärtused lihaste aktiivsus. Inimestel suureneb see mõõduka võimsusega töötades 3–6 minuti pärast. pärast selle algust saavutab see teatud taseme ja jääb seejärel sellele tasemele kogu tööperioodi vältel. Suure võimsusega töötamisel suureneb gaasivahetus pidevalt; varsti pärast antud inimese maksimumtaseme saavutamist (maksimaalne aeroobne töö) tuleb töö lõpetada, kuna organismi O 2 vajadus ületab selle taseme. Esimesel korral pärast tööd jääb üle suurenenud O 2 tarbimine, mida kasutatakse hapnikuvõla katteks ehk töö käigus tekkivate ainevahetusproduktide oksüdeerimiseks. O2 tarbimine võib tõusta 200–300 ml/min. puhkeolekus kuni 2000–3000 töö ajal ja hästi treenitud sportlastel - kuni 5000 ml/min. Vastavalt sellele suurenevad CO 2 heitkogused ja energiatarbimine; Samal ajal tekivad nihked hingamiskoefitsiendis, mis on seotud ainevahetuse, happe-aluse tasakaalu ja kopsuventilatsiooni muutustega.
Toitumise normeerimisel on oluline erineva elukutse ja elustiiliga inimeste päevase energiakulu kogukulu arvutamine gaasivahetuse definitsioonide põhjal. Gaasivahetuse muutuste uuringuid standardse füüsilise töö käigus kasutatakse töö- ja spordifüsioloogias, kliinikus gaasivahetusega seotud süsteemide funktsionaalse seisundi hindamiseks.
Gaasivahetuse võrdlev püsivus O 2 osarõhu oluliste muutustega keskkonnas, häiretega hingamiselundite talitluses jne tagatakse gaasivahetuses osalevate süsteemide adaptiivsete (kompenseerivate) reaktsioonidega, mida reguleerivad gaasivahetussüsteemid. närvisüsteem.
Inimestel ja loomadel uuritakse gaasivahetust tavaliselt täieliku puhkeoleku tingimustes, tühja kõhuga mugaval ümbritseval temperatuuril (18–22 °C). Tarbitud O2 ja vabanenud energia kogused iseloomustavad põhiainevahetust. Uurimiseks kasutatakse avatud või suletud süsteemi põhimõttel põhinevaid meetodeid. Esimesel juhul määratakse väljahingatava õhu hulk ja selle koostis (kasutades keemilisi või füüsikalisi gaasianalüsaatoreid), mis võimaldab arvutada tarbitud O 2 ja vabanenud CO 2 koguseid. Teisel juhul toimub hingamine suletud süsteemis (suletud kambris või hingamisteedega ühendatud spirograafist), milles eralduv CO 2 neeldub ning süsteemist tarbitava O 2 kogus määratakse kas mõõtmise teel. võrdne kogus O 2 siseneb automaatselt süsteemi või vähendades süsteemi mahtu.
Gaasivahetus inimestel toimub kopsude alveoolides ja kehakudedes.
Kirjandus
- Ginetsinsky A. G., Lebedinsky A. V., Normaalse füsioloogia kursus, M., 1956
- Human Physiology, M., 1966, lk. 134-56
- Berkovich E. M., Energia metabolism normaalsetes ja patoloogilistes tingimustes, M., 1964
- Prosser L., Brown F., Loomade võrdlev füsioloogia, tlk. inglise keelest, M., 1967, lk. 186–237.
Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.
Sünonüümid:Vaadake, mis on "gaasivahetus" teistes sõnaraamatutes:
Gaasivahetus... Õigekirjasõnastik-teatmik
GAASIVAHETUS, bioloogias gaasi, eriti hapniku ja süsinikdioksiidi imendumine ja vabanemine elusorganismides. Loomadel ja muudel organismidel, kes saavad energiat toidu lagunemisel keemilise reaktsiooni käigus, mida nimetatakse... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik
Gaasivahetuse protsesside kogum keha ja keskkonna vahel; seisneb O2 tarbimises organismi poolt, CO2 eraldumises ning ebaolulisel juhul gaasiliste ainete ja veeauru lisamises. Biol. G. tähenduse määrab see otseselt. vahetuses osalemine... Bioloogia entsüklopeediline sõnastik
GAASIVAHETUS- gaaside (O2, CO2, N jne) pideva vahetuse protsess keha ja keskkonna vahel hingamise, fotosünteesi jne käigus. Loomadel toimub gaasivahetus kogu kehapinnal või spetsiaalsete organite (kopsud) kaudu. , lõpused jne), taimedes kuni … … Ökoloogiline sõnastik
GAASIVAHETUS, gaasivahetus, palju. ei, abikaasa (teaduslik). Keha neelab hapnikku ja vabastab hingamise kaudu süsinikdioksiidi. Ušakovi seletav sõnaraamat. D.N. Ušakov. 1935 1940… Ušakovi seletav sõnaraamat
Olemas., sünonüümide arv: 1 vahetus (55) Sünonüümide sõnastik ASIS. V.N. Trishin. 2013… Sünonüümide sõnastik
GAASIVAHETUS- GAASIVAHETUS ehk gaaside vahetus inimese või looma keha ja väliskeskkonna vahel, olles üks peamisi eluprotsesse, seisneb hapniku imendumises väljast ning süsihappe ja veeauru (samuti gaasid,... ...) väliskeskkonda Suur meditsiiniline entsüklopeedia
gaasivahetus- - Biotehnoloogia teemad ET gaasivahetus ... Tehniline tõlkija juhend
GAASIVAHETUS- imendumine l. õhust saadav hapnik ja keskkonda sattunud süsihappegaas. On kopsu- ja naha G. Viimane moodustab 1-2% koguarvust. Puhkeolekus l. hingab sisse 40-80 liitrit õhku minutis ja kulutab umbes 250 kuupmeetrit. cm hapnikku 1 kg kaalu kohta... Hobusekasvatuse juhend
I Gaasivahetus on gaasivahetusprotsesside kogum keha ja keskkonna vahel; koosneb hapniku tarbimisest ja süsinikdioksiidi eraldumisest koos väikese koguse gaasiliste saaduste ja veeauruga. G intensiivsus...... Meditsiiniline entsüklopeedia
Raamatud
- Inimese hingamine ja lihaste aktiivsus spordis. Juhend inimese füsioloogia üliõpilastele, Breslav Isaac Solomonovitš, Volkov Nikolai Ivanovitš, Tambovtseva Rita Viktorovna. See hingamisfüsioloogia juhend on lugejatele suunatud ja kujutab endast kaasaegsete ideede sünteesi füsioloogiliste ja biokeemilised protsessid, põhjustades kudedes gaasivahetust...
Mis on gaasivahetus? Ilma selleta ei saa peaaegu midagi teha Elusolend. Gaasivahetus kopsudes ja kudedes, samuti veri aitab varustada rakke toitainetega. Tänu temale saame energiat ja elujõudu.
Mis on gaasivahetus?
Elusorganismid vajavad eksisteerimiseks õhku. See on segu paljudest gaasidest, mille põhiosadeks on hapnik ja lämmastik. Mõlemad gaasid on olulised komponendid organismide normaalse funktsioneerimise tagamiseks.
Evolutsiooni käigus on erinevatel liikidel nende saamiseks välja kujunenud oma kohandused: mõnel on välja arenenud kopsud, teistel on lõpused ja teised kasutavad ainult nahka. Nende elundite abil toimub gaasivahetus.
Mis on gaasivahetus? See on väliskeskkonna ja elusrakkude interaktsiooni protsess, mille käigus toimub hapniku ja süsinikdioksiidi vahetus. Hingamise ajal siseneb hapnik kehasse koos õhuga. Kõiki rakke ja kudesid küllastades osaleb see oksüdatiivses reaktsioonis, muutudes süsinikdioksiidiks, mis eritub organismist koos teiste ainevahetusproduktidega.
Gaasivahetus kopsudes
Iga päev hingame sisse rohkem kui 12 kilogrammi õhku. Kopsud aitavad meid selles. Need on kõige mahukamad organid, mis suudavad ühe sügava hingetõmbega hoida kuni 3 liitrit õhku. Gaasivahetus kopsudes toimub alveoolide abil - arvukad mullid, mis on läbi põimunud veresoontega.
Õhk siseneb neisse ülemiste hingamisteede kaudu, läbides hingetoru ja bronhid. Alveoolidega ühendatud kapillaarid võtavad õhku ja levitavad seda kogu vereringesüsteemis. Samal ajal eraldavad nad alveoolidesse süsihappegaasi, mis väljub kehast koos väljahingamisega.
Alveoolide ja veresoonte vahelist vahetusprotsessi nimetatakse kahepoolseks difusiooniks. See toimub vaid mõne sekundiga ja toimub rõhuerinevuse tõttu. Hapnikuga küllastunud atmosfääriõhus on rohkem hapnikku, mistõttu see tormab kapillaaridesse. Süsinikdioksiidil on väiksem rõhk, mistõttu see surutakse alveoolidesse.
Tiraaž
Ilma vereringesüsteemita oleks gaasivahetus kopsudes ja kudedes võimatu. Meie keha läbivad palju erineva pikkuse ja läbimõõduga veresooni. Neid esindavad arterid, veenid, kapillaarid, veenilaiendid jne. Veri ringleb veresoontes pidevalt, hõlbustades gaaside ja ainete vahetust.
Gaasivahetus veres toimub kahe vereringe kaudu. Hingamisel hakkab õhk liikuma suure ringina. Seda kandub veres, seondudes erilise valguga, mida nimetatakse hemoglobiiniks ja mida leidub punastes verelibledes.
Alveoolidest siseneb õhk kapillaaridesse ja seejärel arteritesse, suundudes otse südamesse. Meie kehas täidab see võimsa pumba, pumpamise rolli hapnikuga küllastunud verd kudedesse ja rakkudesse. Need omakorda vabastavad süsihappegaasiga täidetud verd, saates selle veenide ja veenide kaudu tagasi südamesse.
Parema aatriumi läbimisel lõpetab venoosne veri suure ringi. See algab paremast vatsakesest, mille kaudu pumbatakse verd. See liigub läbi arterite, arterioolide ja kapillaaride, kus see vahetab õhku alveoolidega, et tsükkel uuesti alustada.
Vahetus kudedes
Niisiis, me teame, mis on gaasivahetus kopsude ja vere vahel. Mõlemad süsteemid transpordivad ja vahetavad gaase. Kuid võtmeroll on kangastel. Peamised protsessid, mis muudavad keemiline koostisõhku.
Küllastab rakud hapnikuga, mis käivitab neis rea redoksreaktsioone. Bioloogias nimetatakse neid Krebsi tsükliks. Nende rakendamiseks on vaja ensüüme, mis tulevad ka verega.
Protsessi käigus moodustuvad sidrun-, äädik- ja muud happed, tooted rasvade, aminohapete ja glükoosi oksüdeerimiseks. See on üks olulisemaid etappe, mis kaasneb kudede gaasivahetusega. Selle käigus vabaneb kõigi keha organite ja süsteemide tööks vajalik energia.
Reaktsiooni läbiviimiseks kasutatakse aktiivselt hapnikku. See oksüdeerub järk-järgult, muutudes süsinikdioksiidiks - CO 2 -ks, mis vabaneb rakkudest ja kudedest verre, seejärel kopsudesse ja atmosfääri.
Gaasivahetus loomadel
Paljude loomade keha ja organsüsteemide struktuur on oluliselt erinev. Imetajad on inimesega kõige sarnasemad. Väikestel loomadel, näiteks planaaridel, ei ole keerulisi ainevahetussüsteeme. Nad kasutavad hingamiseks oma väliskatteid.
Kahepaiksed kasutavad hingamiseks nahka, suud ja kopse. Enamikul vees elavatel loomadel toimub gaasivahetus lõpuste abil. Need on õhukesed plaadid, mis on ühendatud kapillaaridega ja transpordivad veest hapnikku neisse.
Lülijalgsetel, näiteks tuhatjalgsetel, metsatäiel, ämblikel ja putukatel, ei ole kopse. Neil on kogu keha pinnal hingetoru, mis suunab õhu otse rakkudesse. See süsteem võimaldab neil kiiresti liikuda, ilma et tekiks õhupuudust ja väsimust, sest energia moodustumise protsess toimub kiiremini.
Gaaside vahetus taimedes
Erinevalt loomadest hõlmab gaasivahetus taimede kudedes nii hapniku kui ka süsinikdioksiidi tarbimist. Nad tarbivad hingamise ajal hapnikku. Taimedel pole selleks spetsiaalseid organeid, mistõttu õhk siseneb neisse kõigi kehaosade kaudu.
Reeglina on lehtedel suurim pindala ja neile langeb põhiline õhuhulk. Hapnik siseneb neisse rakkudevaheliste väikeste avade kaudu, mida nimetatakse stoomideks, töödeldakse ja väljutatakse süsinikdioksiidi kujul, nagu loomadelgi.
Taimede eripäraks on nende fotosünteesivõime. Seega võivad nad valguse ja ensüümide abil muuta anorgaanilised komponendid orgaanilisteks. Fotosünteesi käigus neeldub süsihappegaas ja tekib hapnik, nii et taimed on tõelised õhu rikastamise “tehased”.
Iseärasused
Gaasivahetus on iga elusorganismi üks olulisemaid funktsioone. See viiakse läbi hingamise ja vereringe kaudu, soodustades energia vabanemist ja ainevahetust. Gaasivahetuse eripära on see, et see ei kulge alati ühtemoodi.
Esiteks on see võimatu ilma hingamiseta, selle peatamine 4 minutiks võib põhjustada häireid ajurakkude töös. Selle tagajärjel keha sureb. On palju haigusi, mille puhul gaasivahetus on häiritud. Koed ei saa piisavalt hapnikku, mis aeglustab nende arengut ja toimimist.
Ebaühtlast gaasivahetust täheldatakse ka tervetel inimestel. See suureneb märkimisväärselt lihaste töö suurenemisega. Vaid kuue minutiga saavutab ta maksimaalse võimsuse ja jääb sellest kinni. Koormuse kasvades võib aga hakata suurenema hapniku hulk, mis mõjub ebameeldivalt ka keha enesetundele.
Kaks käsnjas elundit, mis asuvad rinnaõõnes, suhtlevad väliskeskkonnaga läbi hingamisteede ja vastutavad kogu organismi elutähtsa funktsiooni eest, teostades vere gaasivahetust keskkonnaga. Elundi väliskülg on kaetud pleuraga, mis koosneb kahest kihist, mis moodustavad kopsude pleuraõõne
Kopsud on kaks mahukat, poolkoonusekujulist elundit, mis hõivavad suurema osa rinnaõõnest. Igal kopsul on alus, mida toetab diafragma, lihas, mis eraldab rinna- ja kõhuõõnde; kopsude ülemised osad on ümara kujuga. Kopsud jagunevad sügavate lõhedega sagarateks. Paremas kopsus on kaks pilu ja vasakul ainult üks.
Kopsuacinus on kopsude funktsionaalne üksus, väike koe piirkond, mida ventileerib terminaalne bronhiool, millest tekivad hingamisteede bronhioolid, mis täiendavalt moodustavad alveolaarkanaleid või alveolaarseid kanaleid. Iga alveolaarse kanali lõpus on alveoolid, õhuga täidetud õhukeste seintega mikroskoopilised elastsed pallid; Alveoolid moodustavad alveolaarse sideme või koti, kus toimub gaasivahetus.
Alveoolide õhukesed seinad koosnevad ühest rakkude kihist, mida ümbritseb neid toetav ja alveoolidest eraldav koekiht. Koos alveoolidega eraldab õhuke membraan ka kopsudesse tungivaid verekapillaare. Vahemaa verekapillaaride siseseina ja alveoolide vahel on 0,5 tuhandikku millimeetrit.
Inimkeha vajab pidevat gaasivahetust keskkonnaga: ühelt poolt vajab keha rakulise aktiivsuse säilitamiseks hapnikku - seda kasutatakse “kütusena”, tänu millele toimub rakkudes ainevahetus; teisest küljest peab keha vabanema süsihappegaasist, mis on rakkude ainevahetuse tulemus, kuna selle kogunemine võib põhjustada mürgistust. Keharakud vajavad pidevalt hapnikku – näiteks aju närvid ei suuda hapnikuta eksisteerida isegi mitu minutit.
Hapniku (02) ja süsinikdioksiidi (CO2) molekulid ringlevad läbi vere, ühinedes punaste vereliblede hemoglobiiniga, mis transpordib neid kogu kehas. Kopsu sattudes loovutavad punased verelibled süsihappegaasi molekulid ja viivad hapnikumolekulid ära difusiooniprotsessi kaudu: hapnik kinnitub hemoglobiini külge ja süsihappegaas siseneb alveoolide sees asuvatesse kapillaaridesse ning inimene hingab selle välja.
Kopsudest väljuv hapnikuga rikastatud veri läheb südamesse, mis paiskab selle aordi, misjärel jõuab arterite kaudu erinevate kudede kapillaaridesse. Seal toimub difusiooniprotsess uuesti: hapnik läheb verest rakkudesse ja süsihappegaas siseneb rakkudest verre. Seejärel voolab veri tagasi kopsudesse hapnikuga rikastamiseks. Detailne info gaasivahetuse füüsikaliste ja füsioloogiliste omaduste kohta leiate artiklist "Gaasivahetus ja gaasitransport".
