Dihalni sistem: pljuča, izmenjava plinov in celično dihanje

Za biokemični proces glej dihanje

Dihalni sistem, imenovan tudi sistem izmenjave plinov, pomeni, da se telo znebi ogljikovega dioksida in sprejme kisik. Ogljikov dioksid, odpadni produkt, gre iz telesa. V telo prihaja kisik, ki ga telo potrebuje. Glavni organ za to so pljuča.

Prvi korak v tem procesu je vdihavanje zraka. Vdihavanje pomeni, da v telo vnesemo zrak, bogat s kisikom. Z izdihom se iz telesa izloči zrak, bogat z ogljikovim dioksidom. Drugi korak je izmenjava plinov v pljučih, kjer se kisik razprši v kri, ogljikov dioksid pa iz krvi. Tretji proces je celično dihanje, pri katerem nastajata kemična energija, ki jo potrebujejo celice v telesu, in ogljikov dioksid. Na koncu se ogljikov dioksid, ki nastane pri celičnem dihanju, vdihne iz telesa iz pljuč.

Anatomija dihalnega sistema

Dihalni sistem obsega zgornje in spodnje dihalne poti ter pljuča. Glavne strukture so:

• Nosna votlina in nosna prehodna pot – čistijo, segrevajo in vlažijo vdihan zrak.
• Žrelo (farings) in grkljan (laring) – usmerjata zrak v sapnik; grkljan vsebuje glasilke, pomembne za govor.
• Sapnik (trahеja) in bronhiji – vodijo zrak proti pljučem; se razvejajo do bronhiol.
• Bronhioli in alveole – bronhioli so najmanjše dihalne poti, alveole so majhni zračni mehurčki, kjer poteka dejanska izmenjava plinov.
• Pljučne obloge in pleuralni prostor – pljuča so obdana s pleuro, med katerima je tekočina, ki zmanjšuje trenje med dihanjem.
• Diaphragma in medrebrni mišice – glavne mišice za dihanje, ki spreminjajo volumen prsnega koša.

Mehanika dihanja

Dihanje temelji na razlikah v tlaku. Ko se diafragma in zunanji medrebrni mišice skrčijo, se prsni koš razširi, intrapleuralni tlak postane bolj negativen in zrak vstopi (vdih). Izdih je na začetku ponavadi pasiven proces, ko se mišice sprostijo in se prsni koš vrne v mirno stanje; pri naporu ali kašlju pa postane aktiven (vključitev trebušnih mišic in notranjih medrebrnih mišic).

Pomembni pojmi: intrapulmonalni tlak, intrapleuralni tlak in volumen pljuč (tidalni volumen, vitalkapaciteta itd.).

Izmenjava plinov v pljučih

V alveolah so stene izredno tanke in tesno povezane s kapilarami. Izmenjava kisika (O2) in ogljikovega dioksida (CO2) poteka po difuziji vzdolž parcialnih tlakov:

• Kisik iz alveol prehaja v krvno plazmo in se veže predvsem na hemoglobin v eritrocitih.
• Ogljikov dioksid prehaja iz krvi v alveole; velik del CO2 v krvi se prenaša kot hidrogenkarbonat (HCO3−), nastaja pa s pomočjo encima karboanhidraze v eritrocitih.

Barvna vezava kisika na hemoglobin ni linearna; razliko prikazuje krivulja disociacije kisika, ki je odvisna od pH, temperature in količine 2,3‑BPG — ti dejavniki vplivajo na oddajo kisika tkivom.

Transport plinov po krvi

• Kisik potuje večinoma vezan na hemoglobin; manjši del je raztopljen v plazmi.
• CO2 se prevaža kot HCO3− (največ), vezan na hemoglobin in raztopljen v plazmi.

Celíčno dihanje (celična respiracija)

Celično dihanje je biokemični proces, kjer se s pomočjo kisika iz hranil (predvsem glukoze) proizvede adenozin trifosfat (ATP), potrebna energija za celične funkcije. Glavni koraki:

• Glikoliza (v citozolu) – razgradnja glukoze v piruvat, z neznatnim pridobitkom ATP in NADH.
• Citratni cikel (Krebsov cikel) (v mitohondriju) – nadaljnja oksidacija produktov glikolize, nastanek NADH, FADH2 in nekaj ATP (ali GTP).
• Elektronski prenos (oksidativna fosforilacija) – elektroni iz NADH in FADH2 potujejo po dihalni verigi v notranji membrani mitohondrija; ustvari se večina ATP, končni akceptor elektronov je kisik, ki se pretvori v vodo.

Celíčno dihanje torej porabi kisik in proizvede CO2, ki se nato odvede iz telesa preko krvnega obtoka in pljuč.

Pomembne posebnosti in zaščitni mehanizmi

• Surfactant (površinsko aktivna snov, proizvedena s strani tipa II alveolarnih celic) zmanjšuje površinsko napetost v alveolah in preprečuje kolaps (atelektozo).
• Alveolarni makrofagi čistijo delce in patogene, ki dosežejo alveole.
• Ventilacijsko‑perfuzijsko usklajevanje (V/Q) – efekten prenos plinov zahteva, da je dovod zraka (ventilacija) usklajen s pretokom krvi (perfuzija) v pljučih.

Nadzor dihanja

Dihanje nadzoruje centralni živčni sistem, predvsem respiratorni centri v podaljšani možganski mozeg (medulla oblongata) in ponsu. Centri spremljajo kemične parametre krvi:

• Centrali kemoreceptorji v možganskem obtoku reagirajo predvsem na spremembe CO2 (preko H+ v likvorju).
• Periferni kemoreceptorji (v karotidnih in aortnih telesih) zaznavajo padec O2, zvišanje CO2 in spremembe pH.

Pogoste bolezni in motnje

Nekatere pogoste težave dihalnega sistema:

• Astma – bronhospazem in vnetje, ki povzroča dihalne težave in piskanje.
• CHOPB (kronična obstruktivna pljučna bolezen) – dolgotrajna obstrukcija dihalnih poti (npr. emisije pri kadilcih), vključuje bronhitis in emfizem.
• Pneumonija – okužba pljučnega tkiva, ki lahko zmanjša izmenjavo plinov.
• Pljučna embolija – zamašitev pljučne arterije, ki moti perfuzijo in vodi do hude hipoksije.

Zaključek

Dihalni sistem omogoča neprekinjeno oskrbo telesa s kisikom in odstranjevanje ogljikovega dioksida, kar je ključno za presnovo in preživetje celic. Proces vključuje mehanske (vdih/izdih), fizikalne (difuzija plinov) in biokemične (celično dihanje) komponente ter zapleten nevrološki nadzor in kemične mehanizme prilagajanja.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je dihalni sistem?

V: Kateri so glavni organi, ki sodelujejo pri tem procesu?

V: Kaj je prvi korak v tem procesu?

V: Kaj se zgodi med izmenjavo plinov?

V: Kako celično dihanje proizvaja energijo za celice?

V: Kam gre ogljikov dioksid, ki nastane pri celičnem dihanju, ko je proizveden?

Išči po črki