Dýchání

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Tento článek pojednává o výměně plynů. Možná hledáte: buněčné dýchání, navazující metabolické pochody související s výrobou energie.

Dýchání (respirace (ve fyziologii), ventilace) je proces výměny plynů, zejména kyslíku a oxidu uhličitého, mezi organismem a jeho externím prostředím. Projevem tohoto procesu navenek je dech. Dýchání však představuje rovněž kaskádu chemických reakcí v buňkách, které se označují jako buněčné dýchání, tedy užití kyslíku k oxidaci organických molekul a k výrobě ATP. Dýchání je proces typický pro aerobní organismy. Anaerobní je naopak kvašení, které je méně efektivní.[1]

Zdrojem kyslíku je vnější prostředí, rovněž zvané respirační médium. Respiračním médiem může být vzduch (např. u suchozemských živočichů, většiny rostlin a hub) nebo voda (především vodní živočichové).

Pojem dýchání by neměl být zaměnován s buněčným dýcháním – cell respiration (dochází zde k biochemickým reakcím za vstupu glukózy za účelem získání energie).

Dýchací soustava[editovat | editovat zdroj]

Lidská dýchací soustava (anglicky)
Související informace naleznete také ve článku dýchací soustava.

Místem, kde probíhá výměna plynů, je tzv. respirační povrch. Mechanismem přenosu plynů je vždy difuze, jejíž rychlost je přímo úměrná povrchu, jímž výměna probíhá, a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti, přes niž difuze probíhá.[2] U prvoků a dalších jednobuněčných organismů probíhá dýchání na celém povrchu těla (buňky). Také u žahavců a ploštěnců nejsou vyvinuty žádné specializované mechanismy a dýchání probíhá na celém povrchu jejich těla (stejně jako u žížaly).

U jiných mnohobuněčných živočichů jsou vyvinuty specializované orgány, které mají zpravidla velký povrch. Třemi nejběžnějšími dýchacími orgány jsou plíce, žábry a vzdušnice.[2] Tyto orgány vytváří specifickou orgánovou soustavu, zvanou dýchací soustava. Rozlišujeme různé dýchací soustavy, specializované na různé životní podmínky. Zatímco žábry se vyskytují především u vodních organismů, plíce se vyvinuly u organismů suchozemských. Přesto je mechanismus funkce u všech dýchacích soustav podobný.

Proces dýchání[editovat | editovat zdroj]

Při dýchání dochází k tzv. ventilaci, díky níž je čerstvý vzduch stále v kontaktu s povrchem dýchacího orgánu. V praxi to u suchozemských obratlovců znamená, že nádechem (inspirium) se dostane nový vzduch do plic a výdechem (expirium) se použitý vzduch odstraní. U různých skupin organismů se však vyvinuly rozdílné mechanismy ventilace dýchacího orgánu.

Po těle se rozvádí kyslík buď systémech "trubek" (vzdušnice hmyzu), nebo častěji rozpuštěn v krvi. V krvi jsou přítomné dýchací pigmenty, jako je hemocyanin (někteří členovci, měkkýši), nebo hemoglobin (obratlovci).

Mechanismus dýchání u suchozemských obratlovců[editovat | editovat zdroj]

Vdech a výdech[editovat | editovat zdroj]

Dýchací pohyby obecně zabezpečuje dýchací svalstvo a některé další orgány. Známe rozličné způsoby, jak do plic dostat čerstvý vzduch.

Například žáby dýchají při pozitivním tlaku. To znamená, že před vdechem sníží dno dutiny ústní, natáhnou vzduch do nozder, stlačí ústní dutinu a vzduch je vtlačen dolů do průdušnice. U člověka a jiných savců se vyvinulo dýchání při negativním tlaku. U člověka je nitrohrudní tlak při vdechu i výdechu negativní vůči atmosférickému tlaku (při maximálním výdechu může být pozitivní). Konkrétní hodnoty u člověka jsou přibližně -0,8 kPa při vdechu a -0,33kPa při výdechu. Vzduch je při tomto způsobu do plic tažen, nikoliv tlačen. Rozdíl mezi max. nádechem a max. výdechem se nazývá vitální kapacita.

Dýchací svaly savců[editovat | editovat zdroj]

Dýchací svaly mění objem hrudního koše, načež se roztahují plíce. Plyn se vždy přesouvá z místa vyššího tlaku do nižšího tlaku, a proto je vzduch nasáván do plic. Naopak při výdechu se objem plic zmenší a vzduch je vytlačen ven. Dýchací svaly se rozdělují na inspirační (vdechové) a na exspirační (výdechové), obě skupiny ještě na základní a na pomocné (pomocné jsou aktivní jen při zvýšené zátěži).

Dýchací stereotyp člověka[editovat | editovat zdroj]

Mezi vdechové svaly patří zejména bránice, která svým kupolovitým tvarem odděluje dutinu hrudní od dutiny břišní. Při akci se kupolovitost bránice 'napíná doplocha', čímž její okraje zvedají hrudní koš vzhůru, zatímco střed bránice se opírá o obsah dutiny břišní pod ní. Tím dochází k pístovému pohybu bránice, který napomáhá vdechu do plic podtlakem v dutině hrudní a naopak střevní peristaltice a trávení přetlakem v dutině břišní. Tento správný stereotyp dechu ("břišní" dýchání) popsal Véle a je důležitý i z hlediska postury člověka. Pokud není přítomen, rezultuje v přetěžování krční páteře při dýchání svaly krku (tzv. "klíčkovém" dýchání), bolestmi hlavy, tinitu aj.

Bránice je inervována bráničním nervem. Do určité míry se při nádechu uplatňují i zevní mezižeberní svaly (zdvihají žebra) a na krku svaly kloněné (musculi scaleni, zejména při zvýšené intenzitě dýchání). Také zdvihač hlavy (musculus sternocleidomastoideus) zvedá částečně hrudní koš.

Při klidovém dýchání je základním mechanismem výdechu pasivní retrakce plic a hrudníku vlastní tíhou, případně elastickou silou hrudníku a plic. Proto se v klidu neúčastní výdechu žádné svaly. Až při forsírovaném výdechu se uplatňují svaly tzv. břišního lisu, které ze stran stlačují břišní dutinu a vrací bránici kupolovité vyklenutí. Břišní lis tvoří přímý sval břišní, vnější a vnitřní šikmý sval a příčný sval břišní. Dále se při výdechu uplatňují vnitřní mezižeberní svaly, které táhnou žebra dolů.

Přenos krví[editovat | editovat zdroj]

V plicních sklípcích kyslík difunduje do krve, a to na základě pravidla, že kyslík má v odkysličené krvi nižší parciální tlak. V rámci toho přechází přes tenký vlhký epitel plicních sklípků. Naopak oxid uhličitý má v krvi vyšší parciální tlak, a proto v plicích uniká přes epitel ven z kapilár. K přenosu v krvi využívají suchozemští obratlovci dýchacích pigmentů. U téměř všech obratlovců je jím hemoglobin v červených krvinkách. Hemoglobin má čtyři podjednotky, každá má svůj kofaktor (tzv. hemová skupina), jenž v svém centru nese atom železa. Každá molekula může přenášet čtyři molekuly O2. Z krve se dostává ven kyslík v tenkých kapilárách, kde se radikálně zpomaluje rychlost krve a kyslík podle gradientu svého parciálního tlaku přestupuje z krve do okolních tkání.

Řízení dýchání[editovat | editovat zdroj]

Dýchací centra[editovat | editovat zdroj]

Dýchací svaly u člověka jsou inervovány motoneurony umístěnými v C1-C8 a Th1-Th7 (v 1. až 8. krčním míšním segmentu a v 1. až 7. hrudním míšním segmentu). Těmto motoneuronům je nadřazené tzv. dýchací centrum v prodloužené míše. To je tvořeno dvěma skupinami neuronů, jež se navzájem inhibují: Jedna skupina, aktivní při vdechu, inhibuje druhou skupinu aktivní při výdechu a naopak. (Toto dýchací centrum také reaguje zvýšením frekvence v důsledku zvýšených potřeb organismu při tělesné zátěži.) Dýchacímu centru v prodloužené míše je nadřazena retikulární formace v prodloužené míše, která moduluje činnost dýchacího centra na základě aferentních signálů z periferních receptorů prostřednictvím různých zpětných vazeb a také signálů z vyšších etáží mozku.

Na rozdíl od ovlivnění činnosti srdce je možné do dýchání zasahovat i vědomě: Je možné zadržet dech, ovlivnit rychlost dýchání apod. Daleko významnější však v tomto ohledu jsou automatické mechanismy, které řídí dýchání samostatně. Jejich chod zajišťuje především autonomní nervová soustava. Dýchání je úzce spjato s činností oběhové soustavy. Je také ovlivněno např. kašlacím a kýchacím reflexem, polykáním, zíváním, mluvením, zpíváním a různými emočními a psychickými vlivy.

Receptory a reflexy[editovat | editovat zdroj]

Glomus caroticum a glomus aorticum, periferní chemoreceptory v oblouku aorty a při a.carotis communis registrují parciální tlak kyslíku (PO2) v arteriální krvi, ještě citlivější jsou na vzestup parciálního tlaku CO2 a snížení pH krve. Tyto receptory informují výše nadřazená centra zvýšením své frekvence impulsů. U kyslíku se to děje při snížení PO2 pod 8kPa (normální hodnota je 13,66 kPa).[3] Signály z glomus caroticum a aorticum cestou n.vagus a n.glossopharyngeus zajistí zvýšení dýchací frekvence, které zajistí opětovnou normalizaci PO2.

Centrální chemosenzory na přední straně prodloužené míchy reagují na vzestup CO2 a pH v likvoru. Následuje jimi zprostředkované zvýšení dýchací frekvence, které hladinu CO2 v krvi a v likvoru sníží (pH se zvýší). Tento mechanismus je velmi efektivní: Např. při zvýšení PCO2 z 5 kPa na 9kPa se minutový dýchací objem zvýší desetinásobně.[3]

Heringův-Breuerův reflex (taktéž Breuerův-Heringův reflex) snižuje hloubku dechů při zvýšené ventilaci. Na jeho počátku jsou tahové receptory v plicích, ve stěně trachey a bronchů.

Činnost dýchacích svalů je ovlivňována zpětnými vazbami zprostředkovanými svalovými vřeténky. Tyto místní míšními reflexy přizpůsobují činnost dýchacích svalů odporům v plic a v hrudníku, které se mění v průběhu dýchání.

Dechová frekvence[editovat | editovat zdroj]

eupnoe- fyziologické dýchání: 10-20 dechů za minutu

bradypnoe- zpomalené dýchání: méně než 10 dechů za minutu

tachypnoe- zrychlené dýchání: více než 20 dechů za minutu

Hloubka dechů[editovat | editovat zdroj]

Kussmaulovo: prohloubené dýchání, způsobuje je acidoza např. u cukrovky

Cheyne-Stokesovo: dechy se postupně prohlubují, poté se stávají mělčími až po apnoickou pauzu, to se stále dokola opakuje (při acidoze, intoxikaci salicyáty či metanolem)

Biotovo: nepravidelné dechy střídané apnoickými pauzami, bývá předzvěstí smrti

Apnoe neboli bezdeší: trvá buď několik sekund a dýchání se obnoví, nebo je delší a je třeba pro obnovení dechu provést resuscitaci[4]

Poruchy související s dýcháním[editovat | editovat zdroj]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. http://www.scienceworld.cz/neziva-priroda/uz-vime-proc-kvasinky-a-plisne-fermentuji/ - Už víme, proč kvasinky a plísně fermentují
  2. a b CAMPBELL, Neil A.; REECE, Jane B. Biologie. Praha: Computer press, 2006. S. 1332. 
  3. a b Silbernagl, S. a kol.: Atlas fyziologie člověka, Grada Publishing, 3. české vydání, Praha 2004. s. 108
  4. NEJEDLÁ, Marie. MUDr.. první. vyd. M. Pujmanové 1219/8, 140 00 Praha 4: Informatorium, spol. s.r.o., 2010. 

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Silbernagl, S. a kol.: Atlas fyziologie člověka, Grada Publishing, 3.české vydání, Praha 2004.