Kvėpavimo sistema: kiekvienas įkvėpimas yra svarbus

Įkvėpkite. Iškvėpkite. Tai darome maždaug 20 000 kartų per dieną, dažniausiai net nesusimąstydami. Bet ar kada nors susimąstėte, kas iš tiesų vyksta jūsų kūne kiekvieno įkvėpimo metu? Kodėl negalime ilgai nekvėpuoti? Ar oras, kurį iškvepiame, yra toks pat, kaip tas, kurį įkvepiame?

Kvėpavimas yra kur kas daugiau nei tik oro judėjimas į plaučius ir iš jų. Tai gyvybiškai svarbus procesas, aprūpinantis kiekvieną mūsų kūno ląstelę energija. Šiame skyriuje leisimės į kelionę po kvėpavimo sistemą: nuo pat nosies, kurioje oras sušildomas ir išvalomas, iki mikroskopinių plaučių maišelių – alveolių, kuriose vyksta stebuklas – dujų mainai. Suprasime, kaip veikia šis sudėtingas mechanizmas, kodėl fizinio krūvio metu pradedame kvėpuoti dažniau ir kaip mūsų gyvenimo būdo pasirinkimai veikia plaučių sveikatą. Pasiruoškite atrasti vieną iš pagrindinių gyvybės paslapčių!

Įsivaizduokite, kad oras yra keliautojas, o jo tikslas – pasiekti plaučius. Kad kelionė būtų sėkminga, jis turi pereiti specialiai tam pritaikytą kelią – kvėpavimo takus. Šie takai ne tik praleidžia orą, bet ir jį paruošia: sušildo, sudrėkina ir išvalo.

Viršutiniai kvėpavimo takai

Kelionė prasideda viršutiniuose kvėpavimo takuose. Juos sudaro nosies ertmė ir ryklė.

• Nosies ertmė. Tai pirmoji stotelė. Nosies vidus padengtas gleivine, kuri sudrėkina orą, o gausus kraujagyslių tinklas jį sušildo. Plaukeliai ir gleivės veikia kaip filtras – sulaiko dulkes, žiedadulkes ir kitus nešvarumus. Čiaudulys – tai galingas refleksas, padedantis pašalinti didesnius dirgiklius.
• Ryklė. Tai bendra kvėpavimo ir virškinimo sistemų dalis. Ryklėje susikryžiuoja oro ir maisto keliai. Specialus dangtelis, vadinamas antgerkliu, rijimo metu uždaro įėjimą į kvėpavimo takus, kad maistas nepatektų į plaučius.

Apatiniai kvėpavimo takai

Praėjęs ryklę, oras patenka į apatinius kvėpavimo takus: gerklas, trachėją ir bronchus.

• Gerklos. Jose yra balso stygos. Vibruodamos dėl iškvepiamo oro srovės, jos sukuria garsą, kurį paversdami žodžiais mes kalbame.
• Trachėja (Gerkliaduobė). Tai vamzdelis, sutvirtintas kremzliniais pusžiedžiais, kurie neleidžia jam subliūkšti. Trachėjos vidus, kaip ir bronchų, padengtas virpamuoju epiteliu. Tai ląstelės su mažytėmis blakstienėlėmis, kurios nuolat juda aukštyn ir stumia gleives su prilipusiais nešvarumais link ryklės. Vėliau šias gleives mes arba nuryjame, arba atsikosime. Tai nepaprastai svarbus apsivalymo mechanizmas.
• Bronchai ir bronchiolės. Trachėja šakojasi į du pagrindinius bronchus, kurie veda į kairįjį ir dešinįjį plaučius. Plaučiuose bronchai toliau šakojasi į vis smulkesnius vamzdelius – bronchioles, kurios primena medžio šakas. Kelionė baigiasi bronchiolių galuose esančiose alveolėse.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Detali kvėpavimo takų schema, kurioje aiškiai pažymėtos visos dalys: nosies ertmė, ryklė, antgerklis, gerklos, trachėja, bronchai, bronchiolės.

Pasiekus kelionės pabaigą, oras atsiduria plaučiuose – poriniame, kempinės struktūros organe, esančiame krūtinės ląstoje. Būtent čia vyksta svarbiausias procesas – dujų mainai.

Plaučių sandara

Plaučiai nėra tušti maišai. Jų vidų užpildo tankus bronchų ir bronchiolių tinklas, kraujagyslės ir milijonai mažyčių oro pūslelių – alveolių. Iš išorės plaučius dengia plona, slidi plėvelė – krūtinplėvė (pleura). Ji sudaryta iš dviejų lapelių: vienas suaugęs su plaučių paviršiumi, kitas – su krūtinės ląstos siena. Tarp šių lapelių yra siauras tarpas, pripildytas skysčio. Ši struktūra leidžia plaučiams laisvai judėti krūtinės ląstoje kvėpuojant, sumažina trintį ir palaiko neigiamą slėgį, kuris neleidžia plaučiams subliūkšti.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Plaučių sandaros schema: matyti dešinysis ir kairysis plautis, širdis tarp jų, pagrindiniai bronchai, besišakojantys į smulkesnius, ir krūtinplėvė.

Alveolės – dujų mainų paviršius

Bronchiolių gale esančios alveolės yra pagrindinė dujų mainų vieta. Tai mikroskopinės, vynuogių kekes primenančios pūslelės.

Alveolės yra tobulai prisitaikiusios šiai funkcijai:

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Detali alveolės ir ją apraizgiusio kapiliaro schema. Rodyklėmis pavaizduotas deguonies (O₂) judėjimas iš alveolės į kraują (eritrocitus) ir anglies dioksido (CO₂) judėjimas iš kraujo į alveolę.

Pats savaime oras į plaučius nepapuola. Kad vyktų įkvėpimas ir iškvėpimas, turi darniai veikti speciali raumenų grupė. Pagrindiniai kvėpavimo raumenys yra diafragma ir tarpšonkauliniai raumenys.

• Diafragma – tai didelis, kupolo formos raumuo, skiriantis krūtinės ląstą nuo pilvo ertmės.
• Tarpšonkauliniai raumenys – tai raumenys, išsidėstę tarp šonkaulių.

Kvėpavimo procesas pagrįstas slėgio pokyčiais krūtinės ląstoje. Oras, kaip ir bet kokios dujos, visada juda iš didesnio slėgio srities į mažesnio slėgio sritį.

Įkvėpimas – aktyvus procesas

Įkvėpimas yra aktyvus veiksmas, reikalaujantis raumenų susitraukimo ir energijos.

1. Raumenys susitraukia. Tarpšonkauliniai raumenys susitraukia ir pakelia šonkaulius aukštyn bei į šonus. Tuo pačiu metu susitraukia ir diafragma – jos kupolas nusileidžia žemyn, tampa plokštesnis.
2. Krūtinės ląstos tūris padidėja. Dėl raumenų judesių krūtinės ląstos tūris padidėja.
3. Slėgis plaučiuose sumažėja. Padidėjus tūriui, slėgis plaučiuose tampa mažesnis už atmosferos slėgį.
4. Oras įsiurbiamas į plaučius. Dėl slėgių skirtumo oras srūva į plaučius, kol slėgis juose susilygina su atmosferos slėgiu.

Iškvėpimas – pasyvus procesas

Ramybės būsenoje iškvėpimas yra pasyvus procesas, nereikalaujantis energijos.

1. Raumenys atsipalaiduoja. Tarpšonkauliniai raumenys ir diafragma atsipalaiduoja.
2. Krūtinės ląstos tūris sumažėja. Dėl sunkio jėgos šonkauliai nusileidžia, o diafragma pakyla į pradinę kupolo formos padėtį. Krūtinės ląstos tūris sumažėja.
3. Slėgis plaučiuose padidėja. Sumažėjus tūriui, slėgis plaučiuose tampa didesnis už atmosferos slėgį.
4. Oras išstumiamas iš plaučių. Dėl slėgių skirtumo oras išstumiamas iš plaučių.

Pastaba: Gilus ar forsuotas iškvėpimas (pvz., sportuojant, pučiant balioną) gali tapti aktyviu procesu, nes jame dalyvauja papildomi pilvo ir krūtinės raumenys.

Jau išsiaiškinome, kaip oras patenka į plaučius. Bet koks viso šio proceso tikslas? Tikslas – dujų apykaita, kuri yra gyvybiškai svarbi ląsteliniam kvėpavimui – energijos gamybai ląstelėse.

Dujų apykaita plaučiuose ir audiniuose

Dujų apykaita vyksta difuzijos būdu. Tai procesas, kai dujų molekulės juda iš ten, kur jų koncentracija (dalinis slėgis) didesnė, į ten, kur jų koncentracija mažesnė. Šiam procesui nereikia papildomos energijos.

1. Išorinis kvėpavimas (plaučiuose). Į plaučių alveoles atitekėjusiame veniniame kraujyje yra daug anglies dioksido (CO₂) ir mažai deguonies (O₂). Alveolių ore, atvirkščiai, yra daug deguonies ir mažai anglies dioksido. Dėl šio koncentracijų skirtumo:

   • Deguonis difunfuoja iš alveolių į kraują ir susijungia su hemoglobinu eritrocituose.
   • Anglies dioksidas difunduoja iš kraujo į alveoles ir su iškvepiamu oru yra pašalinamas. Kraujas, prisotintas deguonies, tampa arteriniu ir keliauja atgal į širdį, o iš ten – į visą kūną.

2. Vidinis kvėpavimas (audiniuose). Į kūno audinius atitekėjusiame arteriniame kraujyje yra daug deguonies. Audinių ląstelėse, kuriose nuolat vyksta energijos gamyba, deguonies yra mažai, o anglies dioksido – daug. Dėl šio koncentracijų skirtumo:

   • Deguonis atsiskiria nuo hemoglobino ir difunduoja iš kraujo kapiliarų į audinių ląsteles.
   • Anglies dioksidas – ląstelinio kvėpavimo atlieka – difunduoja iš ląstelių į kraują. Kraujas, atidavęs deguonį ir paėmęs anglies dioksidą, tampa veniniu ir venomis grįžta į širdį, o iš ten – vėl į plaučius.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Supaprastinta schema, rodanti du apsikeitimo ciklus: 1) plaučiuose O₂ patenka į kraują, CO₂ išeina; 2) audiniuose O₂ išeina iš kraujo, CO₂ patenka.

Įkvepiamo ir iškvepiamo oro sudėtis

Dujų apykaitos efektyvumą puikiai iliustruoja įkvepiamo ir iškvepiamo oro sudėties palyginimas.

Ląstelinis kvėpavimas: tikroji deguonies paskirtis

Pagrindinė priežastis, kodėl mums reikia deguonies, yra ląstelinis kvėpavimas. Tai cheminis procesas, vykstantis ląstelių mitochondrijose, kurio metu skaidant maisto medžiagas (pvz., gliukozę) ir naudojant deguonį, pagaminama energija ATP (adenozino trifosfato) pavidalu. ATP yra tarsi universali ląstelės „energetinė valiuta“, naudojama visiems gyvybiniams procesams: judėjimui, augimui, mąstymui, kūno temperatūros palaikymui.

Supaprastinta aerobinio (vykstančio su deguonimi) kvėpavimo lygtis:

$$ C_6H_{12}O_6 (gliukozė) + 6O_2 (deguonis) \rightarrow 6CO_2 (anglies dioksidas) + 6H_2O (vanduo) + Energija (ATP) $$

Kartais, esant dideliam fiziniam krūviui, raumenų ląstelėms gali pritrūkti deguonies. Tuomet jos laikinai pereina prie anaerobinio kvėpavimo, gamindamos energiją be deguonies. Tačiau šio proceso metu susidaro pieno rūgštis, kuri sukelia raumenų nuovargį ir skausmą.

Teoriškai išnagrinėjus oro sudėties pokyčius, laikas tai įtvirtinti praktiškai. Šis interaktyvus modelis padės suprasti, kaip nustatomas anglies dioksido kiekis iškvepiamame ore.

Užduotis: atlikite eksperimentą su kalkių vandeniu

• Interaktyvus modelis: Kvėpavimas kaip nesąlyginis refleksas (3 užduotis)
  • Ką darysite? Atliksite virtualų bandymą, kurio metu pro kalkių vandenį (kalcio hidroksido tirpalą) leisite atmosferos orą ir savo iškvepiamą orą. Stebėsite, kaip keičiasi tirpalo išvaizda.
  • Tikslas: Įtvirtinti supratimą, kad iškvepiamame ore yra kur kas daugiau anglies dioksido (CO₂) nei įkvepiamame. Kalkių vanduo, reaguodamas su CO₂, pabąla (susidaro netirpios kalcio karbonato nuosėdos), todėl kuo greičiau ir intensyviau jis pabąla, tuo daugiau yra anglies dioksido.

Kvėpavimo sistema nuolat kontaktuoja su išorine aplinka, todėl yra pažeidžiama įvairių ligų sukėlėjų ir teršalų. Laimei, daugelio ligų galima išvengti laikantis paprastų prevencijos taisyklių.

Dažniausios kvėpavimo sistemos ligos

Rūkymo žala – lėta savižudybė

Rūkymas yra vienas žalingiausių įpročių, tiesiogiai naikinantis kvėpavimo sistemą.

• Dervos. Tabako dūmuose esančios dervos nusėda ant kvėpavimo takų ir alveolių, paralyžiuoja virpamojo epitelio blakstienėles. Dėl to sutrinka natūralus plaučių apsivalymo mechanizmas, kaupiasi gleivės, sukeldamos lėtinį „rūkaliaus kosulį“ (lėtinį bronchitą). Dervos yra stiprūs kancerogenai – medžiagos, sukeliančios vėžį.
• Nikotinas. Tai stipri priklausomybę sukelianti narkotinė medžiaga. Ji veikia nervų sistemą, didina kraujospūdį, siaurina kraujagysles, apsunkindama širdies darbą.
• Anglies monoksidas (smalkės). Šios bespalvės ir bekvapės dujos, esančios dūmuose, kraujyje daug lengviau jungiasi su hemoglobinu nei deguonis. Dėl to rūkančio žmogaus kraujas perneša mažiau deguonies, o tai sukelia lėtinį deguonies badą visuose organuose, ypač kenkia širdžiai ir smegenims.

Ilgalaikio rūkymo pasekmės – lėtinė obstrukcinė plaučių liga (LOPL), plaučių, gerklų, burnos vėžys ir smarkiai padidėjusi širdies bei kraujagyslių ligų rizika.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Infografikas, palyginantis sveikus plaučius ir rūkaliaus plaučius. Sveiki plaučiai – rožiniai, švarūs. Rūkaliaus plaučiai – pajuodę, padengti dervomis, matyti pažeisti audiniai.

Užspringimas – tai būklė, kai svetimkūnis (dažniausiai maisto gabalas) patenka į kvėpavimo takus ir juos užkemša, trukdydamas kvėpuoti. Tai pavojinga gyvybei situacija, reikalaujanti skubių veiksmų. Svarbiausia – nepanikuoti ir veikti greitai.

Kaip atpažinti užspringusį žmogų?

• Žmogus griebiasi už gerklės (universalus užspringimo ženklas).
• Negali kalbėti, verkti ar kosėti.
• Kvėpavimas tampa triukšmingas, sunkus arba jo visai nėra.
• Veidas, lūpos, nagai pradeda mėlynuoti dėl deguonies trūkumo.

Ką daryti? Heimlicho veiksmas

Jei žmogus gali kosėti, skatinkite jį tai daryti kuo stipriau. Jei kosulys neefektyvus ir žmogus negali įkvėpti, reikia atlikti Heimlicho veiksmą (pilvo spustelėjimus).

1. Atsistokite už nukentėjusiojo nugaros. Apglėbkite jį per liemenį.
2. Sulenkte vieną ranką į kumštį. Uždėkite jį ant nukentėjusiojo pilvo, šiek tiek aukščiau bambos, bet žemiau krūtinkaulio.
3. Kita ranka suimkite kumštį.
4. Staigiu ir stipriu judesiu spustelėkite pilvą į vidų ir aukštyn. Judesys turi būti panašus į raidę „J“. Kartokite tai iki 5 kartų.
5. Jei svetimkūnis nepasišalina, kaitaliokite 5 spustelėjimus į pilvą su 5 sudavimais tarp menčių.
6. Tęskite, kol svetimkūnis bus pašalintas arba kol atvyks greitoji medicinos pagalba.

SVARBU: Visada iškvieskite greitąją pagalbą (tel. 112), net jei pavyko pašalinti svetimkūnį. Gali būti vidinių sužalojimų.