Дишане — как работи: кислород, газообмен и изхвърляне на CO2

Научете как дишането доставя кислород, осъществява газообмен в белите дробове и изхвърля CO2 — ясно, достъпно и с практически обяснения.

Дишането представлява вкарване и изкарване на въздух от белите дробове. Влизането и излизането на въздуха се нарича дишане. Ако човек не може да диша, той ще умре.

Дишането помага на организма да изпълни две много важни функции:

1. Доставяне на кислород в тялото. Всяка клетка се нуждае от кислород, за да произвежда енергия и да функционира правилно. Единственият начин хората да получат кислород е да го вдишват.
2. Извеждане на въглеродния диоксид (CO₂). Когато организмът произвежда енергия, въглеродният диоксид се образува като отпадъчен продукт. Той трябва да бъде отделен, защото прекалено високите нива са отровни. Единственият начин хората да се освободят от CO₂ е да го издишат.

Когато човек вдишва, въздухът влиза в дробовете и стига до милиони малки въздушни мехурчета — алвеолите. Въздухът съдържа кислород, който преминава от алвеолите в кръвта на човека чрез тънка бариера между въздуха и кръвта. В замяна от кръвта преминава въглеродният диоксид към алвеолите. Този процес се нарича газова обмяна: кислородът и въглеродният диоксид си разменят местата. Кислородът вече е в кръвния поток и може да бъде доставен до всяка част на тялото, а въглеродният диоксид се връща в белите дробове, откъдето може да бъде издишан.

Как работи механиката на дишането

Дишането се извършва с помощта на дихателните мускули — главно диафрагмата и междуребрените мускули. При вдишване диафрагмата се свива и се спуска надолу, а гръдната кост и ребрата се повдигат, което увеличава обема на гръдната кухина и намалява налягането в белите дробове. Това кара въздуха да постъпи в дробовете. При издишване мускулите се отпускат, обемът намалява и въздухът излиза. Плеврата — тънка двойна мембрана около дробовете — улеснява движението им в гръдната кухина.

Как се пренасят газовете в кръвта

Кислородът в кръвта основно се свързва с хемоглобина в червените кръвни клетки (образува се оксигемоглобин). Само малка част от кислорода е разтворена директно в плазмата. Въглеродният диоксид се пренася по три начина: разтворен в плазмата, свързан с протеини (например хемоглобин като карбаминохемоглобин) и главно под формата на бикарбонат (HCO3-) след химична трансформация в клетките и плазмата. Обменът и транспортът зависят от разликите в парциалните налягания на газовете и от химичните реакции в кръвта.

Регулация на дишането

Дишането се контролира автоматично от дихателния център в мозъчния ствол (мозъчния мост и продълговатия мозък). Центърът следи нивата на CO₂, O₂ и рН на кръвта чрез централни и периферни хеморецептори. Централните рецептори в продълговатия мозък са чувствителни най-вече към нивата на CO₂ (чрез промени в pH на цереброспиналната течност). Периферните рецептори в каротидните и аортните телца реагират предимно на спад на кислорода и на промени в CO₂ и pH. По този начин дишането се увеличава при високо CO₂ или нисък O₂ и се намалява при обратни условия.

Нормални стойности и особености

Възрастните обикновено дишат между 12 и 20 пъти в минута; средно около 15–18 пъти в минута — това дава повече от 20 000 вдишвания на ден. Текстът по-горе посочва около 18 вдишвания в минута, а децата и бебетата дишат по-често (например при кърмачета честотата може да е 30–60 вдишвания/мин). Обемът въздух, движещ се при едно спокойно вдишване (т.нар. tidal volume), е около 400–500 мл при възрастен; минутният вентил (обем на вдишания въздух за една минута) обикновено е 6–8 литра при покой.

Кога има проблем и кога да потърсите помощ

Задух, учестено или много плитко дишане, посиняване на устните или кожата (цианоза), силна болка в гръдния кош, обилно отделяне на храчки с кръв или внезапна загуба на съзнание са признаци за спешно състояние. Ако човек не може да диша или диша много трудно, трябва незабавно да се потърси спешна медицинска помощ.

Кратко за газовите закони

Газовият обмен в белите дробове се основава на дифузия — молекулите на кислорода и въглеродния диоксид се движат от област с по-висока частична налягане към област с по-ниска. В алвеолите парциалното налягане на кислорода е високо, а на CO₂ е ниско, докато в венозната кръв е обратното; това поддържа постоянен поток от O₂ към кръвта и от CO₂ към алвеолите.

Дишането е жизненоважен процес — то не само поддържа клетъчния метаболизъм чрез доставка на кислород, но и помага да се поддържа подходящото киселинно-алкално равновесие в организма чрез отстраняване на CO₂.

Как мозъкът контролира дишането

Част от мозъчния ствол, наречена продълговат мозък, контролира дишането. Групи от неврони в продълговатия мозък съобщават на дихателните мускули кога да вдишват, кога да дишат по-бързо и кога по-бавно.

Мозъчният ствол измерва количеството въглероден диоксид в кръвта на човека. Ако има твърде много въглероден диоксид, мозъкът казва на тялото да диша по-бързо. Това помага на човека да издиша излишния въглероден диоксид. След като количеството на въглеродния диоксид в кръвта се нормализира, главният мозък отново казва на тялото да диша по-бавно.

Тялото измерва и количеството кислород в кръвта. Ако в кръвта няма достатъчно кислород, медулата ще каже на тялото да диша по-бързо, за да поеме повече кислород. След като в кръвта има достатъчно кислород, главният мозък ще каже на тялото отново да диша по-бавно.

Продълговатият мозък (в червено)

Дихателни мускули

За да може човек да диша, определени мускули трябва да се свиват (да се напрягат) и отпускат в точното време. Специални групи неврони в главния мозък съобщават на тези дихателни мускули кога да се свиват (което кара човека да вдишва) и кога да се отпускат (което кара човека да издишва). Съществуват няколко основни групи мускули, които контролират дишането.

Диафрагмата

Диафрагмата е основният мускул, който контролира дишането. Тя представлява мускулен лист, който минава по долната част на гръдния кош. Когато диафрагмата е отпусната, тя има формата на купол (като полукръг). Когато главният мозък каже на диафрагмата да накара тялото да вдиша, диафрагмата се изтегля надолу и се изправя. Това създава повече пространство в гръдния кош и повече място за белите дробове, за да се напълнят с въздух. Въздухът навлиза в белите дробове (това е вдишване). Когато дойде време за издишване, диафрагмата отново се отпуска и въздухът напуска белите дробове.

Около 60-70 % от дишането на човек се осъществява от диафрагмата.

Диафрагмата се контролира от специален набор от нерви, наречени френетични нерви. Медулата съобщава на диафрагмата кога да се свие, като изпраща съобщения чрез френичните нерви. Тъй като диафрагмата е толкова важна за дишането, френичните нерви са много добре защитени в тялото. Те се намират в горната част на гръбначниямозък, близо до шията.

Междуребрени мускули (мускули на ребрата)

Междуребрените мускули са разположени между всяко ребро. Когато човек трябва да вдиша, тези мускули се свиват и издърпват ребрата нагоре. Това създава повече пространство в гръдния кош, за да се напълнят белите дробове.

Когато човек е в покой, около 30-40 % от способността му да диша се дължи на междуребрените мускули.

Междуребрените мускули се контролират от междуребрените нерви. Медулата казва на междуребрените мускули кога да се съкращават, като изпраща съобщения чрез тези нерви. Междуребрените нерви не са толкова добре защитени, колкото френичните нерви. Междуребрените нерви минават покрай гръдния стълб (който е в горната и средната част на гърба) и се свързват с междуребрените мускули. Това означава, че ако човек нарани гръдния си гръбначен стълб, може да не може да използва междуребрените си мускули. Тогава той ще загуби 30-40 % от способността си да диша. Въпреки това, тъй като нервите, които контролират диафрагмата, се намират много по-нагоре в гръбначния стълб и са по-добре защитени, човекът все още ще може да използва диафрагмата си, за да диша. Той все още ще има 60-70 % от способността си да диша.

Аксесоарни мускули

Аксесоарните мускули са мускули, които човек използва само когато има нужда от допълнителна помощ при дишане. Понякога това е нормално. Например, ако човек току-що е направил много упражнения, може да се нуждае от допълнителен кислород. Медулата ще каже на допълнителните мускули да се задействат, за да улеснят човека да повдигне гръдния си кош, за да създаде повече пространство за пълнене на белите дробове. Най-важните помощни мускули са мускулите на гърдите, корема и врата.

Ако обаче на човек му се налага да използва помощни мускули, за да диша, докато си почива, това е знак, че не получава необходимия на тялото му кислород. Възможно е да се нуждаят от медикаменти, допълнителен кислород, подаван през маска, или дори от спешна медицинска помощ, за да им се помогне да дишат нормално. Например хората с астма или хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ) често използват инхалатор, когато имат проблеми с дишането. Инхалаторът вкарва лекарство като албутерол в трахеята и в белите дробове. Това разширява дихателните пътища и помага на човека да диша по-добре, отколкото преди.

Анимация на работата на диафрагмата (в зелено)


Инхалатор

Въпроси и отговори

В: Какво е дишане?

В: Защо дишането е важно?

В: Защо всяка част на тялото се нуждае от кислород?

В: Какво се случва, когато човек вдишва?

В: Какво представлява газообменът?

В: Колко често дишат възрастните?

В: Защо децата дишат още по-бързо?

Търсене по буква