18. Kafli: Öndunarkerfið

1. 18. Kafli: Öndunarkerfið Líffæra- og lífeðlisfræði 203 Guðrún Narfadóttir

2. Hlutverk öndunarkerfisins • Viðheldur réttum styrk súrefnis og koltvísýrings í blóði • Hjálpar til að viðhalda réttu pH gildi blóðs • Hefur lyktarnema • Hreinsar, hitar og rakamettar innöndunarloftið • Hljóðmyndun

3. Skipting öndunarkerfisins • Skipting eftir staðsetningu • Efri öndunarfæri • nef og kok • Neðri öndunarfæri • barkakýli, barki, berkjur og lungu • Skipting eftir starfsemi • Leiðsluhluti • tekur ekki þátt í loftskiptum: • nef, kok, barkakýli, berkjur, berklingar og endaberklingar • Öndunarhluti • tekur þátt í loftskiptum • öndunarberklingar, blöðrusytrur og lungnablöðrur

4. Nef (nasus) • Ytra nef (nasus externus) • er gert úr brjóski og húð, fóðrað með slímhimnu • opnast út um ytri nasir (nares) • Innra nef (nefhol / cavum nasi) • tengist afholum nefs (sinus paranasales) og nefkoki með koknösum • hlutverk nefhols er að hita, hreinsa, rakametta og lyktarskynja innöndunarloftið

5. Kok (pharynx) • Hefur slímuklæddan vöðvavegg • Skiptist í • Nefkok (nasopharynx) • Munnkok (oropharynx) • Barkakýliskok (laryngopharynx) • Nefkok • Er aftan við nefhol • Tilheyrir öndunarkerfi eingöngu • Munnkok og barkakýliskok • Eru aftan við munnhol og barkakýli • Tilheyra öndunarkerfi og meltingarkerfi

6. Barkakýli (larynx) • Tengir kok (pharynx) og barka (trachea) • Er framan við 4.-6. hryggjarlið • Er gert úr brjóskhlutum, m.a.: • Cartilago thyroidea (skjaldbrjósk) • Cartilago cricoidea (hringbrjósk) • Cartilago epiglottica (barkaspeldi) • Í barkakýli er aðsetur raddbanda • Þegar loft flæðir milli raddbandanna titra þau • Við titringinn myndast hljóð • Barkaspeldi lokar leiðinni niður í barka við kyngingu

7. Barki (trachea) • Nær frá barkakýli að 5. brjóstlið • þar skiptist hann í tvær aðalberkjur • Er staðsettur framan við vélinda • Er gerður úr sléttum vöðvavef og 16-20 brjóskskeifum • opni hlutinn snýr að vélinda • Er klæddur falskri marglaga bifhærðri stuðlaþekju

8. Berkjutréð • Barki (trachea) greinist í tvær  • Aðalberkjur (bronchus principalis/1° bronchi) sem greinast í  • Blaðaberkjur (bronchus lobares/2° bronchi), tvær til vinstra lunga og þrjár til hægra lunga sem greinast í • Geiraberkjur (bronchus segmentales/3° bronchi) sem greinast í • Berklinga (bronchioli) sem greinast í • Endaberklinga (terminal bronchioli) sem kvíslast í • Öndunarberklinga (bronchioli respiratorii) sem opnast inn í  • Blöðrusytrur (ductus alveolares) sem opnast inn í klasa af  • Lungnablöðrum (alveoli)

9. Lungu (pulmones) • Pöruð líffæri í brjóstholi • Lungnatoppur (apex pulmonis) snýr upp • Lungnagrunnur (basis pulmonis) snýr að þind • Hægra lunga hefur 3 lungnablöð (lobi), en vinstra lunga hefur 2 blöð • Hvert lungnablað er gert úr smærri bleðlum (lobuli) • í hverjum lobuli er vessaæð, slagæðlingur, bláæðlingur, endaberklingur, öndunarberklingur, blöðrusytrur og lungnablöðrur • Skipti á súrefni og koltvísýringi eiga sér stað yfir þunnar himnur lungnablaðra og háræða

10. Lungnablöðrur (alveoli) • Í lungum eru um 300 milljón lungnablöðrur • Yfirborð er samtals um 90m2 • Frumugerðir í lungnablöðrum • Flögulaga þekjufrumur • Mynda bollalaga lungnablöðrur • Surfactant myndandi frumur • Surfactant er efni sem minnkar yfirborðsspennu í lungum og hindrar að þau falli saman • Átfrumur (macrophagar) • Hreinsa lungun • Himnur lungnablaðra og háræðar lungnanna eru nánast samvaxnar í örþunna öndunarhimnu • Öndunarhimnan er aðeins um 0.5µm þykk

11. Fleiðrur (pleura) • Lungnafleiðra (pleura pulmonalis ) þekur lungun að utan • Veggfleiðra (pleura parietalis) þekur brjóstvegg að innan • Fleiðruhol (cavum pleurae) er á milli fleiðranna • Undirþrýstingur í fleiðruholi heldur lungum upp að brjóstveggnum • Ef opnast inn í fleiðruhol, hverfur þessi undirþrýstingur og lungun falla saman (loftlunga)

12. Loftun (pulmonary ventilation) • Við loftun verða skipti á lofti milli andrúmslofts og lungnablaðra • loft flæðir frá svæði með þrýsting yfir á svæði með minni þrýsting • Loftun verður vegna öndunarhreyfinga • innöndun • útöndun

13. Innöndun (inhalation) 1. Samdráttur í þind og ytri millirifjavöðvum veldur stækkun á brjóstholi • við áreynsluinnöndun (djúpa innöndun) eru fleiri vöðvar notaðir 2. Lungun fylgja brjóstveggnum eftir og rúmmál þeirra stækkar 3. Við það fellur þrýstingur í lungnablöðrum og verður lægri en þrýstingur andrúmslofts 4. Loft streymir niður í lungu undan þrýstingsfallanda

14. Útöndun (exhalation) 1. Ytri millirifjavöðvar og þind slaka á og rúmmál brjósthols minnkar • við áreynslulausa útöndun eru ekki notaðir vöðvar • við áreynsluútöndun eru innri millirifjavöðvar og kviðvöðvar líka virkjaðir 2. Lungun fylgja brjóstveggnum eftir og rúmmál þeirra minnkar 3. Við það eykst þrýstingur í lungnablöðrum og verður hærri en þrýstingur andrúmslofts 4. Loft flæðir úr lungum undan þrýstingsfallanda

15. Lungnarýmdir • Öndunarloft (tidal volume) = loftmagn í einum andardrætti • Viðbótarloft (inspiratory reserve volume) = það loft sem má bæta við eftir eðlilega innöndun • Varaloft (expiratory reserve volume) = það loft sem er hægt að anda frá sér eftir eðlilega útöndun • Loftleif (residual volume) = það loft sem alltaf er í lungum, fer ef lungu falla saman • Andrýmd (vital capacity) = heildarrúmtak lungna að frádreginni loftleif • Mínútuöndun (minute ventilation) = innandað loftmagn á mínútu (þ.e. öndunartíðni x öndunarloft) • Dautt rými (dead space) = það loft sem er í öndunarveginum og tekur ekki þátt í loftskiptum (u.þ.b. 150 ml)

16. Loft • Loft er blanda nokkurra lofttegunda • Öndunarlofttegundirnar eru O2 og CO2 • Sérhver lofttegund í blöndunni hagar sér óháð hinum • Heildarloftþrýstingur er samanlagður hlutþrýstingur (P) allra lofttegundanna • Loftþrýstingur andrúmslofts er um 760mmHg • Við loftskipti verður einfalt flæði • sérhver lofttegund flæðir úr hærri hlutþrýstingi í lægri • Hlutþrýstingur O2 og CO2 er ólíkur í andrúmslofti, lungnablöðrum, slagæðum, bláæðum og vefjum

17. Hlutþrýstingur O2 og CO2 á mismunandi stöðum (sjá fig.18.10)

18. Ytri öndun (external respiration) • Ytri öndun á sér stað í lungum • Skipti verða á O2 og CO2 milli lungnablaðra og blóðs • Til að O2 flæði geti átt sér stað þarf PO2 í lungnablöðrum alltaf að vera hærra en PO2 í háræðum lungna • Í háræðakerfi lungna flæðir O2 úr lungnablöðrum yfir í blóð, en CO2 til streymir úr blóði til lungnablaðra • O2 snautt blóð mettast af O2 í lungum • Stórt yfirborð lungnablaðra, þunnar rakar himnur og þétt háræðanet tryggir öflug loftskipti í lungum

19. Innri öndun (internal respiration) • Innri öndun á sér stað í líkamsvefjum • Skipti verða á lofti milli blóðs og vefja • Vefir taka upp O2 og losa sig við CO2 • Eftir því sem bruni er meiri í vefjum, þess hraðari innri öndun

20. Flutningur súrefnis með blóði • 1.5% súrefnisins flyst frá lungum til vefja uppleyst í plasma • 98.5% flyst bundið blóðrauða (hemóglóbíni, Hb): • Hb + O2 HbO2 • deoxyhemóglóbínoxyhemóglóbín • Í lungum er hlutþrýstingur súrefnis hár • þar mettast Hb af súrefni • Í vefjum er hlutþrýstingur súrefnis er lágur • þar losnar súrefnið frá Hb • Binding O2 við blóðrauðann er auk þess háð hlutþrýstingi koltvísýrings (PO2), pH og hitastigi • PCO2, pH, hiti  tengsl súrefnis og Hb veikjast og súrefnið fer út í vefi Hypoxia = súrefnisskortur í vef

21. Flutningur koltvísýrings með blóði • Um 7% uppleystur í plasma • Um 23% bundinn próteinum, aðallega blóðrauða • Hb + CO2 HbCO2 • Um 70% sem uppleystar bikarbonat jónir (HCO3-) í plasma • Í vefjum fer CO2 inn í rauðu blóðkornin og fyrir tilstilli ensímsins carbonic anhydrasa (CA) myndast kolsýra, sem klofnar í vetnisjónir og bikarbonatjónir (jafnan gengur til hægri): • CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3- • Þegar blóðið kemur til lungna, snýst þetta við (jafnan gengur til vinstri)

22. Stjórnstöðvar öndunar • Í hvíld notar líkaminn u.þ.b. 200 ml O2/mín • Við áreynslu getur O2 upptakan allt að þrítugfaldast • Stjórnstöðvar öndunar eru í medulla oblongata og pons • Stjórnstöðvar senda boð til öndunarvöðva • Takstöðvar í medulla oblongata hafa inn- og útöndunarsvæði (fig 18.12) • Kjarnar í pons stjórna skiptingu milli inn- og útöndunar • Annar kjarninn styttir innöndun við hraða öndun • Hinn kjarninn lengir innöndun við hæga djúpa öndun

23. Þættir sem hafa áhrif á hraða og dýpt önduna • Boð frá heilaberki (viljastýrt) • Boð frá efnanemum • breytingar á efnasamsetningu blóðsins hafa áhrif á hraða og dýpt öndunar • efnanemar (central og peripheral) skynja breytingar í styrk O2, CO2 og pH • hækkun á CO2 veldur því að eftirfarandi jafna gengur til hægri: • CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3- • við það lækkar pH og öndun örvast

24. Fleiri þættir sem hafa áhrif á hraða og dýpt öndunar • Limbíska kerfið • Boð frá stöðunemum í liðamótum sem skynja hreyfingu líkamans • Líkamshiti • Sársauki • Erting í öndunarvegi • Innöndunarviðbragð

25. Áreynsla og öndun • Tíðni og dýpt öndunar eykst við áreynslu • Við áreynslu eykst einnig blóðflæði til lungna og súrefnisflæði úr lungnablöðrum yfir í blóðrás • Við snögga áreynslu verður skyndileg aukning í öndun vegna beinna örvandi boða frá mænukylfu • Við hæfilega áreynslu verður stigvaxandi aukning í öndun vegna breytinga í efnasamsetningu og hitastigi blóðs (aukinn bruni hækkar hita, minnkar súrefni, eykur koltvísýring og lækkar pH gildi blóðs). Þessir þættir örva stjórnstöðvar öndunar