Zrak koji dišemo ima ovaj sastavzaf.biol.pmf.unizg.hr/anphys/pdf/11_Disanje.pdf · O2 otopljen u krvi Parcijalni tlak kisika mm Hg kPa Root-ov efekt: Učinak sniženja pH na afinitet

Sveučilište u ZagrebuPrirodoslovno-matematički fakultet

143963 Animalna fiziologija

Izmjena plinova i disanje

Zoran Tadić

Zavod za animalnu fiziologijuRooseveltov trg 6

Zagreb

[email protected]://zaf.biol.pmf.unizg.hr/Tadic/

Zrak koji dišemo ima ovaj sastav:

Plin %

Dušik 78,09Kisik 20,95Ugljični dioksid 0,03Argon 0,93

Ukupno: 100

Design by Zoran Tadić

Kisik 34,1 ml O2 / l H2O

Dušik 16,9 ml N2 / l H2O

Ugljični dioksid 1019 ml CO2 / l H2O

Topljivost plinova u vodi na 15EC


Zrak ili voda

O2 = 150 mm HgO2 = 2 mm Hg

Fluidna pumpa Krvna pumpa Tkiva

Difuzija Difuzija

Temeljni princip izmjene i transporta plinova


Telmatobius culeus

Velika površina od izuzetnog je značenja za izmjenuplinova


Izmjena plinova kroz kožu (%)

O2

CO2

Disanje kroz kožu kod različitih životinja 1


Izmjena plinova kroz kožu (%)

O2

CO2

Disanje kroz kožu kod različitih životinja 2


Hemoglobini: Kralježnjaci, oblići, neki kolutićavci, neki rakovi,neki kukci

Klorokruorini: (”zeleni hemoglobini”) neki morski kolutićavci

Hemocijanini: Neki puževi, neki školjkaši, glavonošci, većinarakova, pauci, stonoge

Hemeritrini: Neki sipunkulidi, neki priapulidi, neki morskikolutićavci

Respiracijski pigmenti


1

2

1

2

Građa hemoglobina


Fetalnihemoglobin

( lanac)

Embrionskihemoglobin

( lanac)

Adultnihemoglobin

( lanac)

A2 hemoglobin( lanac)

63 Rođenje 63

Trudnoća (mjeseci) Starost (mjeseci)

20

40

60

80

100

Hemoglobini u čovjeka


Krivulje zasićenja mioglobina i hemoglobina

Parcijalni tlak kisika (mmHg)

Hemoglobin

Mioglobin


PlućaTkiva umirovanju

Tkiva ufizičkom radu

Mirovanje

Fizički radml O2 oslobođenina 100 ml krvi

mm Hg

kPaParcijalni tlak kisika

Kako hemoglobin otpušta i veže kisik?


! Povećan parcijalni tlak CO2 (Bohr-ov efekt)

! Povećanje kiselosti (Bohr-ov efekt)

! Povišenje temperature

! Neki organski spojevi (npr. 2,3 - difosfoglicerat)

Afinitet hemoglobina za kisik smanjuju:


Christian Bohr(1855-1911)

mm Hg


Bohr-ov efekt: Učinak pada pH


Parcijalnitlak CO2

mm Hg


Bohr-ov efekt: Učinak parcijalnog tlaka CO2


mm Hg


Učinak temprature na hemoglobin


O2 otopljen u krvi

Parcijalni tlak kisika

mm Hg

kPa

Root-ov efekt: Učinak sniženja pH na afinitet za O2

te sposobnost vezivanja O2 ribljih hemoglobina


! Prijenos O2 od respiracijskih organa do tkiva

! Skladištenje O2 (neki bezkralježnjaci)

! Pufersko djelovanje

! Prijenos CO2

! Ubrzavanje difuzije O2 u stanici (na pr. mioglobin)

! Enzimatsko djelovanje (na pr. deoksihemoglobin ideoksimioglobin, u određenim uvjetima, katalizirajuproizvodnju NO iz nitrita)

! Posebne nerespiracijske prijenosne funkcije (na pr. prijenos S2-)

! Posebne funkcije u tkivima (na pr. neuroglobini, citoglobini)

Zadaće proteina iz skupine hemoglobina


CO2 + H2O º H2CO3 º H+ + HCO3-

HCO3- º H+ + CO3

2-

CO2 + OH- º HCO3-

Karboanhidraza

Reakcije CO2 sa vodom


Ukupni CO2 udeoksigeniranoj krvi

Ukupni CO2 uoksigeniranojkrvi

A

V

Molekularni CO2

Bikarbonat + karbamino CO2

30 60 900

20

40

60

80

Parcijalni tlak CO2 (mm Hg)

Kako se CO2 prenosi krvlju?


Metoda prijenosa %plina u krvi:

O2 Otopljen u krvi 1,5Vezan za hemoglobin 98,5

CO2 Otopljen u krvi 10Vezan za hemoglobin 30Kao bikarbonat ion 60

Kako se CO2 prenosi krvlju?


Tkivo Pluća

CO2 O2

Otopljeni CO2

Otopljeni CO2

Otopljeni CO2

Otopljeni CO2

CO2 + Hb HbCO2

KarbaminoHb

Hb + H+ HbH

CO2 + H2O H+ + HCO3-

HCO3- Cl-

Cl-

HbO2 O2 + Hb

Karboanhidraza

U plućnucirkulaciju

U sistemskucirkulaciju

T k i v n a k a p i l a r a A l v e o l a r n a k a p i l a r a

CO2O2

HbO2 O2 + Hb

H+ + HCO3-

HCO3-

Cl-

Cl-

Hb + CO2

Hb + H+HbCO2

HbH

H2O + CO2

Karboanhidraza

Kloridni pomak Kloridni pomak

Što se događa u tkivima i alveolama?


Građa ljudskih pluća

Nosni prolaz

Farinks

Larinks

Trahea

Desnibronhij

Bronhiola

Terminalna bronhiola

Alveolarnavrećica

Lijevibronhij

AlveoleKohn-ove pore

Terminalnabronhiola

Granaplućnearterije

Granaplućnevene

Alveolarnekapilare


Alveola

Alveola

Alveola

Eritrocit

Kohnove pore

Plazma

KapilaraVlakno

Epitelnastanica

Eritrocit

Eritrocit

Mikroskopska građa alveola


Stanica tipa 2

Stanica tipa 1

Alveolarnepore

Kapilare

Alveolarni makrofag

Vrste stanica u alveoli


Eritrocit (7,5 m)

Površinskifilm

(0,01 m)

Kapilarniendotel

(0,04 - 0,2 m)Intersticijski

prostor(0,02 - 0,2 m)

Alveolarni epitel(0,05 - 0,3 m)

Respiracijskebarijere


Lizaljka

Balonispunjenvodom

“Pluća”

Pleuralna šupljina

Desnoplućno

krilo

Lijevoplućno

krilo

Desnapleuralna

šupljina

Lijevapleuralnašupljina

Dijafragma

Parietalna pleura

Visceralna pleura

Intrapleuralna tekućina

Pleuralna šupljina


760 mm Hg

760 mm Hg

Intraalveolarni tlak (tlak ualveolama - 760 mm Hg

kada je izjednačen saatmosferskim tlakom)

Atmosferski tlak (tlakstupca zraka na objekte iživa bića na zemlji - 760mm Hg na razini mora)

Intrapleuralni tlak (tlak upleuralnoj šupljini - tlak izvan

pluća, a u prsnom košu -obično manji od 760 mm Hg)

756 mm Hg

Izvodna cijev(predstavlja svecijevi zajedno)

Zid prsnog koša(predstavlja čitavprsni koš)

Pleuralna šupljina(predstavlja čitavpleuralni prostor)

Pluća (predstavljajusve alveole zajedno)

Respiracijski tlakovi


Transmuralni tlačni gradijent krozzid prsnog koša = atmosferskitlak - intrapleuralni tlak

Zid prsnog koša

Zid pluća

Transmuralni tlačni gradijentkroz zid pluća = intraalveolarnitlak - intrapleuralni tlak

760

760756756

760 760

756

Transmuralni tlačni gradijenti


Svježi zrak od udisaja

Alveolarni zrak

150 Mrtvi prostorprovodnih putova

Nakon udisaja,prije izdisaja

“Stari” alveolarni zrak koji jeizmjenio O2 i CO2 sa krvlju

“Novi” alveolarni zrak koji nijeizmjenio O2 i CO2 sa krvlju

Mrtvi prostor i njegovi učinci 1


150

350

150

Tijekom izdisaja

Izdahnuto 500 ml “starogalveolarnog zraka:

- 350 ml izdahnuto u atmosferu

- 150 ml zaostalo u mrtvom prostoru

U atmosferu izdahnuto 500 ml zraka:

- 150 ml “novog” zraka (zaostalo odprethodnog udisaja)

- 350 ml “starog” alveolarnog zraka



150

350

150

500 ml “novog” zraka ulazi izatmosfere:

- 350 ml ulazi u alveole

- 150 ml ostaje u mrtvom prostoru

500 ml zraka ulazi u alveole:

- 150 ml “starog” zraka iz mrtvogprostora

- 350 ml “novog” zraka izatmosfere

Tijekom udisaja



Trahea

Pluća

Problem velikog mrtvog prostora


Vanjskimeđurebrenimišići surelaksirani

Dijafragma(relaksirana)

Prije udisaja Udisaj

Rebra sepodižu

Kontrakcijadijafragme

Podizanje rebara pomičeprsnu kost prema gore i vani širi prsni koš u smjeru“naprijed - natrag”

Kontrakcijavanjskih

međurebrenihmišića

Kontrakcijavanjskih

međurebrenihmišića podiže

rebra i širi prsnikoš u smjeru

“lijevo - desno”

Spuštanje dijagragme širi prsnikoš u smjeru “gore - dolje”

Aktivnost mišića tijekom disanja


Relaksacijavanjskih


Relaksacijadijafragme

Povratak dijafragme,rebara i prsne kosti upoložaj mirovanja vraćaprsni koš u položaj prijeudisaja

Pasivni izdisaj Aktivni izdisaj

Kontrakcijaunutarnjih


Kontrakcijatrbušnih mišića

Položajrelaksiranihabdominalnihmišića

Kontrakcija trbušnihmišića potiskujedijafragmu prema gore itako smanjuje prsni košu smjeru “gore -dolje”

Kontrakcija unutarnjih međurebrenih mišićasmanjuje prsni koš u smjeru “lijevo - desno”i “naprijed - natrag”


Prijeudisaja

Tijekomudisaja

Ravnoteža: Nemakretanjazraka

760

760

756

760

759

754

760

761

756

Volumenprsnog košaprije udisaja

Volumenpluća prijeudisaja

Volumen prsnog košatijekom kontrakcijeinspiracijskih mišića

Tijekomizdisaja

Volumen plućadok se šire da biispunila rašireniprsni koš

Volumenpluća kadse vrate uprirodnipoložaj

Volumen prsnogkoša nakonrelaksacije

inspiracijskihmišića

Promjene plućnog volumena i intraalveolarnogtlaka tijekom udisaja i izdisaja


Inspiracijskirezervnivolumen

Inspiracijskikapacitet

Vitalnikapacitet

Respiracijskivolumen

Funkcionalnirezidualnikapacitet

Ukupnikapacitet

pluća

Rezidualnivolumen

Ekspiracijskirezervnivolumen

Volumen (l)

0

4

6

2

Plućni volumeni


Srce

PlućaPA = tlak plina u alveolamaPa = tlak u arterijamaPv = tlak u venama

Plućna cirkulacija


Mirovanje

Fizički rad

Polagani prolaz

Brzi prolaz

Brzi prolaz

Brzi prolaz

Minutni protok

Protokkrozdonjidiopluća

Jednolikiprotok

Kapilarnamreža Pojedine kapilare

Sve kapilareregrutirane

Minutni protok

Sekvencijalna regrutacija plućnih kapilara


Blokada

Alveola

Venski šant 2

Venski šant 1

Pluća Škrge

Voda

Venski šant 1

Venski šant 2

Plućni venski šantovi


Molekule vode

Površinska napetost u alveoli


Laplace-ov zakon: Tlak u mjehuru (alveoli) = 2 X površinska napetostpromjer mjehura (alveole)

Radijus = 1Površinska napetost = T

Radijus = 2Površinska napetost = T

Pierre-Simon Laplace(1749 - 1827)

Pr

= T2

Laplace-ov zakon i kolabiranje malih alveola u veće


Molekulasurfaktanta

Plućni surfaktanti i spriječavanje kolapsa malihalveola u veće


Povezane alveole Kolabirajuća alveola Kolabirajuća alveolase otvara

Međuovisnost alveola


Tok vode

Škržna komora

Škržne lamele

Ulazna(aferentna)

krvna žila

Izlazna(eferentna)

krvna žila

Škržni luk

Škržni luk

Tokvode

Ulaznakrvna žilaIzlazna

krvna žila

Tok krozulaznu žilu

Tok krozizlaznu žilu

Građa škrga u riba koštunjača


Presjekkrozškržnulamelu

Krvna žila

Kretanjevode

Kretanjekrvi

Kretanjevode

Bazalnikrvnikanal Hrskavica

Tijelo škržnelamele

Krvni kanalŠkržni listić

Škrge pastrve 1


Eritrocit

Bazalnamembrana

Potpornastanica

Potpornaepitelnastanica

Epitelnastanica

Krvnikanal

Intersticijskiprostor

Potpornastanica

JezgraSnopićikolagena

Krv Voda

Potpornastanica

Čvrstispoj

Epitelna stanica

Škrge pastrve 2

Epitelna stanica


Povećanje volumena

Smanjenje volumena

Usta otvorena

Usnašupljina

Škržnakomora

Škržnipoklopacotvoren

Usta zatvorena

Mehanika protokavode preko škrgariba koštunjača


Cervikalnevrećice Interklavikularne

vrećice

Traheja

Prednjatorakalnavrećica

Stražnjatorakalna

vrećica

Abdominalnevrećice

Pluća

Kako dišu ptice?


Cervikalnavrećica

DorzobronhiAbdominalna

vrećica

Stražnjatorakalnavrećica

Prednjatorakalnavrećica

MezobronhusTraheja

Interklavikularnavrećica

Kranijalnevrećice

Kaudalnevrećice

MezobronhusTraheja

VentrobronhiParabronhi

Dorzobronhi

Sustav zračnih vrećica i "protočna" pluća ptica


Parabronhij

Zračnekapilare

Tokzraka

Tokkrvi

Udisaj

Izdisaj

Prednje zračnevrećice se šire I unjih ulazi zrak izparabronha

Zrak struji krozparabronhe

Stražnje zračnevrećice se šire I unjih ulazi zrak izmezobronha tj. Izokoliša

Zrak struji krozparabronhe

Prednje zračnevrećice se skupljaju Iizbacuju zrak koji jeprošao krozparabronhe

Stražnje zračnevrećice se skupljaju Izrak iz njih seistiskuje udorzobronhe

Disanje kroz "protočna" pluća


! Stvaranje ritma “udisaj - izdisaj”.

! Regulacija dubine disanja.

! Promjena aktivnosti disanja kako bi se onoprilagodilo drugim procesima (npr. govoru,kašljanju i sl.).

Kontrola disanja ima tri komponente:


Respiracijskicentar uponsu

Respiracijskicentar uproduženojmoždini

Pneumotaktični centar

Apneustički centar

Pred-Bötzingerov kompleks

Dorzalna respiracijska skupina (DRS)

Ventralna respiracijska skupina (VRS)

Produžena moždina

Respiracijskicentri

moždanogdebla

Respiracijski centar sisavaca


Čemu što služi?

! Pred-Bötzingerov kompleks - Temeljni ritam disanja

! Ventralna respiracijska skupina (VRS) - Inspiracijskii ekspiracijski neuroni (aktivni izdisaj)

! Dorzalna respiracijska skupina (DRS) - Inspiracijskineuroni (aktivni udisaj, pasivni izdisaj)

! Pneumotaktični centar - Gašenje inspiracijskihneurona u DRS-u þ ograničavanje duljine udisaja

! Apneustički centar - Spriječavanje gašenjainspiracijskih neurona


Ewald K. Hering(1834 - 1918)

Josef Breuer(1842 - 1925)

Hering - Breuer-ov refleks

Freničkiživac

Kontrakcijadijafragme

Receptorkontrakcijeu dijafragmi

Nervusvagus

Inspiracijskicentar


Ulazne informacije iz različitihmoždanih područja (ekscitacijskii inhibicijski)

Inspiracijski neuronidorzalne respiracijskeskupine (ritmičnookidanje)

Produženamoždina

Leđnamoždina

Frenički živac

Dijafragma

Kako respiracijski centar komunicira s plućima?


Srce

Aortna tijela

Aortni luk

Karotidna tijela

Karotidni sinus

Karotidna arterija

Corneille J. F. Heymans(1892 - 1968)

Nobelova nagrada za fiziologijuili medicinu 1938. godine:

“Za otkriće uloge sinusnih i aortnihmehanizama u regulaciji disanja.”

Periferni kemoreceptori karotidnog sinusa i aortnoglūka


Arterijski PO2 < 60 mm Hg

Perifernikemoreceptori

Respiracijskicentar u

produženojmoždini

Centralnikemoreceptori

Ventilacija

Arterijski PO2

Nemaučinka

Opasnostza život !!!!

Učinak snižene koncentracije O2 na brzinu disanja


Arterijski PCO2

Perifernikemoreceptori

Centralnikemoreceptori

Slabo

Respiracijskicentar u

produženojmoždini

Ventilacija

Arterijski PCO2

PCO2 mozak -CST

CST = cerebrospinalna tekućina

H+ u CSTmozga

Učinak povišenekoncentracije CO2

na brzinu disanja


Ronjenje

Gubitak svijesti

Razina O2Razina CO2

Nagla potrebaza udisajem

Granica nagle potrebe zaudisajem

Razina O2Razina CO2Ronjenje

Gubitak svijesti

Nagla potrebaza udisajem

Nedosegnutagranica

÷ nesvjest !!!

Pikanterije iz fiziologije: Kako se glupo samoubitiili “”Shallow Water Blackout” sindrom


Documents

Zrak koji dišemo ima ovaj sastavzaf.biol.pmf.unizg.hr/anphys/pdf/11_Disanje.pdf · O2 otopljen u krvi Parcijalni tlak kisika mm Hg kPa Root-ov efekt: Učinak sniženja pH na afinitet