Příjem a transport plynů v těle živočichů – dýchací soustavy živočichů.

Dýchací soustava člověka – vnější a vnitřní dýchání, anatomie (dýchací cesty, respirační část a jejich funkce), plicní ventilace, přenos dýchacích plynů, řízení dýchání, nerespirační funkce dýchací soustavy, pojmy týkající se dýchání (žeberní a brániční dýchání, vitální kapacita plic, kyslíkový dluh), nemoci.

 

Příjem a transport plynů v těle živočichů – dýchací soustavy živočichů

  • Dýchací soustava – slouží k výměně dýchacích plynů (kyslíku a oxidu uhličitého) mezi vnějším prostředím (vzduch nebo voda) a buňkami tkání
  • Rozlišujeme 2 typy dýchání:
    • Vnější – výměna dýchacích plynů mezi vnějším prostředím a tělem
    • Vnitřní – výměna dýchacích plynů uvnitř tkání živočicha
  • Proč dýcháme? Kvůli aerobní glykolýze – štěpení cukrů pro tvorbu energie, při anaerobní glykolýze je množství energie velmi malý (neefektivní)
  • Produkty anaerobní glykolýzy – kyselina mléčná, ethanol (druhotně kyselina octová), kyselina máselná, kyselina citronová (typická jen u některých druhů bakterií)
  • Aerobní dýchání
    • Dýchání (respirace, ventilace)
      • Proces výměny plynů, zejména kyslíku a oxidu uhličitého, mezi organismem a jeho externím prostředím
      • Typické pro aerobní organismy
      • Odpadní produkt: oxid uhličitý a voda
      • Oxidace organických molekul – tvorba ATP
      • Zdroj kyslíku = respirační médium (vzduch – suchozemští živočichové, rostliny, houby, voda – vodní živočichové)
      • Místem, kde probíhá výměna plynů, je tzv. respirační povrch (alveola – plicní sklípek)
    • Typy dýchacích soustav
      • Bezobratlí
        • není vytvořena = celý povrch těla
          • Prvoci, žahavci, hlísti (endoparazité – škrkavka, roup, svalovec, vlasovci), žížala (když prší, žížaly vylezou – ucpou se půdní cestičky, ve kterých je kyslík – udusila by se)
          • Kyslík pomocí kůže přímo do vlásečnic
        • žábra – zvrásněné vchlípeniny pokožky
          • jsou ektodermálního původu
          • např. mnohoštětinatci, někteří měkkýši, vodní korýši
          • larvy hmyzu žijící ve vodě (např. jepice, vážky) mají tzv. vzdušnicové žábry – tvarem odpovídají žábrám, ale jsou prostoupeny sítí vzdušnic
        • plicní vaky (plíce)
          • Dýchací orgány na zadečku vzniklé vchlípením pokožky
          • Základem jsou váčky (plicní), v nichž probíhá difúze kyslíku do krve na základě rozdílnosti tlaků
          • Vznikly z entodermu
          • Plicní vaky – nepárový orgán
          • Např. pavoukovci, štíři
          • Měkkýši – plicnatí plži dýchají plícemi tvořenými dutinou plicní – přeměněná plášťová dutina
        • vzdušnice – soustava trubic vyztužených chitinovou spirálou, která prochází celým tělem a ústí navenek řadou otvorů (stigmat), např. stonožkovci, hmyz, někteří pavouci
          • Vzdušnice (tracheje) jsou bohatě větvené trubice
          • Dýchací orgány některých členovců (hmyz) a drápkovců
          • Přivádí z otvorů na povrchu těla = ostií, čerstvý vzduch směrem ke tkáním, a to na rozdíl od krevního řečiště obratlovců z velké části bez přítomnosti jakýchkoliv tekutin
          • Nepravé tracheje (pseudotracheje) – suchozemští korýši, trubice ústí do cévní soustavy
        • plášťová dutina
          • Bohatě prokrvená, podobná plicním vakům
          • Např. suchozemští plži
        • Např. ostnokožci dýchají pomocí ambulaklární soustavy – soustava chodeb uvnitř těla, jimiž proudí krev
      • Obratlovci
        • žábra
          • Útvary složené z dobře prokrvených žaberních lístků vytvořených na žaberních obloucích jako vychlípeniny stěn žaberních otvorů
          • Ektodermálního původu
          • Rozlišujeme:
            • Vnitřní žábry – uložené v žaberní dutině
              • Paryby – nekryté žaberní otvory
              • Ryby – kryté skřelemi
            • Vnější žábry – vyčnívající volně do vodního prostředí
              • Např. larvy ocasatých obojživelníku – dočasné
              • Trvalé – axolotl – pohlavně dospělá larva obojživelníka (neotenie)
            • plíce
              • Hlavní dýchací orgán u dospělých obojživelníků a vyšších obratlovců, jsou párové, jejich výkonnost záleží na velikosti vnitřního povrchu, na stupni prokrvení tkáně a způsobu dýchání
              • Entodermálního původu
              • Předchůdcem plic jsou plicní vaky, ještě se vyskytují u některých ryb
              • Obojživelníci – vakovité plíce s nepatrně zřasenou plicní stěnou, vzduch pouze polykají (nemají hrudní koš) – dýchají i kůží, pravá plíce větší než levá
              • Plazi – v plicích jsou záhyby a přepážky (u hadů je zachována jen pravá plíce, levá je zakrnělá)
              • Ptáci – plíce mají malé a pevné, málo roztažitelné, pokračují v plicní vaky zasahující mezi vnitřní orgány – umožňují dokonalejší dýchání, vzduch prochází plícemi dvakrát, také pomáhají při létání
              • Savci – nejdokonalejší plíce s bohatě prokrvenou tkání složenou z plicních sklípků, dýchání umožňuje hrudní koš (mezižeberní svalstvo) a bránice
            • Součástí dýchací soustavy je také hlasové ústrojí, u savců leží na začátku hrtanu, u ptáků v blízkosti místa větvení průdušnice v průdušky
            • Dýchací cesty (u obojživelníků, plazů, ptáků a savců) – nozdry, dutina nosní, hrtan, průdušnice, průdušky, plíce à v plicích se dělí na menší průdušinky, které končí v plicních sklípcích

Dýchací soustava člověka

  • Funkce – získávání energie z živin aerobním způsobem, který je pro buňku energeticky výhodný – přívod kyslíku a odvod oxidu uhličitého, který vzniká v tkáních jako odpadní produkt metabolických pochodů
  • Lokalizace – počáteční úsek dýchací soustavy je obklopen kostmi obličejové části lebky, hlavní dýchací orgán (plíce) leží v dutině hrudní
  • Primární a sekundární funkce dýchací soustavy:
    • Primární funkce – sycení krve kyslíkem a odvod oxidu uhličitého z organismu, výměna dýchacích plynů mezi organismem a vnějším prostředím
    • Sekundární funkce – nerespirační funkce – podíl na formování zvukových projevů (např. řeč, zpěv, pláč), čištění, ohřev a zvlhčování vdechovaného vzduchu, účast na termoregulaci, napomáhá vyprazdňování
  • Typy dýchání:
    • Vnější dýchání – výměna dýchacích plynů mezi plicními sklípky a krví
    • Vnitřní dýchání – výměna dýchacích plynů mezi krví a tkáněmi
  • Stavba:
    • Horní cesty dýchací – nosní dutina, nosohltan
    • Dolní cesty dýchací – hrtan, průdušnice, průdušky
    • Plíce – hlavní dýchací orgán
  • Horní cesty dýchací
    • Nosní dutina (cavum nasi)
      • Začíná nosními otvory, je rozdělena na poloviny přepážkou (tvoří ji chrupavka, kost radličná a část kosti čichové), v bočních stěnách jsou skořepy nosní (dělí dutinu na horní, střední a dolní průchod), ve stropu dutiny je čichové pole s čichovými buňkami (začínají tam vlákna čichového nervu)
      • Od dutiny ústní je nosní dutina oddělena horním patrem
      • Nosní dutina je vystlána silnou a prokrvenou sliznicí (krytou řasinkovým epitelem, který slouží k posunování hlenu)
      • Nosní dutina předehřívá a zvlhčuje vzduch (odpařuje se voda z hlenu na vyhřáté sliznici) a zbavuje ho prachových částic
      • Nosní dutina je spojena s prostory v některých lebečních kostech – vedlejší dutiny nosní (největší je v horní čelisti, další např. v kosti čelní a kosti čichové) – sliznice jsou spojeny se sliznicí dutiny nosní, často zde dochází k zánětům v důsledku rýmy, vedlejší dutiny nosní mají také význam při rezonanci hlasu
    • Nosohltan (nasopharynx)
      • Nosohltan je horní část hltanu uložená za dutinou nosní
      • Dochází zde ke křížení dýchacích a trávicích cest
      • Po stranách vyúsťuje Eustachova trubice (spojuje nosohltan a střední ucho)
      • V její blízkosti je množství lymfatické tkáně, např. nosohltanová mandle (zachytává bakterie)
    • Dolní cesty dýchací
      • Hrtan (larynx)
        • Trubice tvořená pohyblivě spojenými chrupavkami à největší je chrupavka štítná (tzv. ohryzek), pod ní je uložena chrupavka prstenčitá, ke které jsou zezadu připojeny hlasivkové chrupavky (od nich jsou ke štítné chrupavce napjaty hlasivkové vazy, které jsou součástí hlasivek a podílejí se na vzniku hlasu – při výdechu se rozechvívají, muž má hlasové vazy delší – hlubší hlas)
        • Navazuje na dolní část hltanu, hrtan je od hltanu oddělen hrtanovou příklopkou (epiglottis) – při polykání uzavře vchod hrtanu, při dýchání otevře vchod hrtanu
      • Průdušnice (trachea)
        • Asi 12 cm dlouhá trubice tvořena podkovovitými chrupavkami spojenými vazivem, prochází před jícnem
        • Vystlaná řasinkovým epitelem
        • Vstupuje do hrudníku a větví se v průdušky
      • Průdušky (bronchi)
        • Dvě chrupavčité trubice zanořující se do plic
        • Vystlány řasinkovým epitelem
        • V plicích se větvím na průdušinky (bronchioli) ústící do plicních sklípků
      • Plíce (pulmo)
        • Respirační část dýchací soustavy
        • Párový orgán umístěný v hrudní dutině
        • Pravá plíce je složena ze 3 laloků a levá plíce ze 2 laloků
        • Místo kde do plíce vstupují průdušky – plicní hilus
        • Vrchol plic (plicní hrot) – až nad klíční kostí, spodní část plic (plicní báze) – nasedá na bránici
        • Povrch je kryt poplicnicí, jež přechází na vnitřní stěnu hrudní dutiny jako pohrudnice – prostor mezi blanami se nazývá pohrudniční dutina (obsahuje malé množství tekutiny zajišťující klouzání obou blan při dýchacích pohybech), v pohrudniční dutině je podtlak, který drží plíce rozepjaté
        • Plíci tvoří houbovitá plicní tkáň složená z množství drobných plicních sklípku (alveolů), do nichž ústí průdušinky
        • Stěna sklípků je jednovrstevná a hustě pokrytá sítí vlásečnic, asi 400 milionů sklípků
        • V plicních sklípcích probíhá výměna dýchacích plynů

Plicní ventilace

  • Mechanismus dýchání
    • Dýchání probíhá pomocí dýchacích pohybů – vdechu a výdechu
      • Vdech (inspirium) – aktivní děj, vzduch je nasáván, plíce se rozepínají, umožněno stahem dýchacích svalů (především zevní mezižeberní svaly, bránice se pohybuje směrem dolů)
      • Výdech (expirium) – pasivní děj, vzduch je vypuzován, plíce se smršťují, dýchací svaly ochabují (bránice se pohybuje směrem nahoru)
    • Řízení dýchání
      • Neovlivnitelné vůlí
        • Centra – prodloužená mícha, páteřní mícha, periferní nervový systém (vegetativní nervy), chemoreceptory (reagují na změny parciálního tlaku, koncentraci kyslíku a oxidu uhličitého v těle, uloženy v krkavici, aortě), hormony – excitační zvyšují dechovou frekvenci
      • Volní dýchání
        • Centrální nervový systém
        • Vědomé ovlivňování dýchacího centra
        • Při zadržení dechu – prudce stoupne obsah CO2 v krvi – stimuluje dýchací centrum, které potlačí volní regulace dýchání – nelze se zadusit pouhou zástavou dechu
      • Dýchací centrum je v prodloužené míše a v hypothalamu
      • Neurony dýchacího centra zajišťují schopnost cyklické tvorby vzruchů (rytmicita)
      • Volní dýchání řízené z mozkové kůry – ale samostatnost není úplná (dýchání se aktivuje např. při snížené hladině kyslíku v krvi, neurony jsou citlivé na zvýšení obsahu CO2 a snížení obsahu O2) – nemůžeme se udusit nedýcháním
    • Transport a výměna dýchacích plynů
      • Organismus vdechuje atmosférický vzduch, vydechovaný vzduch obsahuje méně kyslíku a více oxidu uhličitého
      • Přenos kyslíku krví se zajišťován prostřednictvím krevního barviva hemoglobinu obsaženého v červených krvinkách – kyslík se váže na železo v molekule hemoglobinu za vzniku oxyhemoglobinu (vazba je slabá, lehce se v tkáních uvolňuje)
      • Z tkání je žilní krví odváděn oxid uhličitý, který je přenášen krevní plazmou ve formě HCO3–, navázaný na hemoglobin ve formě karbaminohemoglobinu nebo rozpuštěný v krevní plazmě
      • Výměna dýchacích plynů mezi plicními sklípky a krví a mezi krví a tkáněmi probíhá difuzí přes buněčné stěny, v plicních sklípcích je parciální tlak kyslíku vyšší než v odkysličené žilní krvi přitékající do plic, proto kyslík proniká stěnou plicních sklípků do krve, naopak ve tkáních je parciální tlak kyslíku menší než v přitékající okysličené tepenné krvi, a proto se uvolňuje do tkání, u oxidu uhličitého je situace opačná
      • Na hemoglobin se váže také oxid uhelnatý za vzniku karbonylhemoglobinu, vazba je velmi pevná než u kyslíku a může tak snadno dojít ke smrti z nedostatku kyslíku
      • Dusičnany, dusitany – váží se lépe na hemoglobin než kyslík, methemoglobin, citliví jsou kojenci (neměli by pít minerální vodu, která obsahuje dusičnany a dusitany)
      • Okysličená krev světlejší, odkysličená krev tmavší (deoxyhemoglobin)

Nerespirační funkce dýchací soustavy

  • Tvorba hlasu
    • Fonace
    • Nejdůležitějším hlasovým orgánem jsou hlasivky – dvě slizniční řasy vedoucí napříč hrtanem (mezi štítnou chrupavkou a hlasivkovými chrupavkami)
    • Hlasivky jsou pokryty sliznicí základ tvoří hlasivkové vazy a svaly, mezi hlasivkami je trojúhelníkové hlasivková štěrbina
    • Při dýchání jsou hlasivky v klidovém postavení – hlasivková štěrbina je otevřená, umožňuje volný průchod vzduchu
    • Při tvorbě hlasu jsou hlasivky v hlasovém (fonačním) postavení – okraje hlasivek se přiblíží, hlasivková štěrbina se uzavře, hlasivky představují překážku pro vydechovaný vzduch, vydechovaný vzduch je proráží, hlasivky se rozkmitají, střídavě se otevírají a zavírají a vzniká tzv. hrtanový tón
    • Na přeměně základního tónu v lidský hlas se pak podílejí nadhrtanové dutiny, jazyk, rty, zuby, měkké a tvrdé patro
    • Hlasitost zvuku je dána silou vypuzovaného vzduchu z plic, výšku zvuku určuje délka a napětí hlasivek, hloubka a barva hlasu závisí na tvaru a velikosti hrdla, nosu a úst
  • Zvlhčování a ohřívání vzduchu
    • Ohřívání při vstupu do prokrvené dutiny nosní, zvlhčování pomocí odpařené vody z hlenu
  • Zachycování prachových částic (zabraňují vstupu cizorodých látek a patogenů)
    • Epitel dýchacích cest vylučuje hlen, řasinky epitelu posunují hlen – posunutí do hltanu, polknutí
  • Nos = smyslový orgán, čich
    • Ztráta čichu = anosmie
  • Obranné dýchací reflexy
    • Ochrana před pevnými částečkami, nadměrným množstvím hlenu, dráždivými a čpavými látkami
    • Kýchání – podráždění horních cest dýchacích, resp. nervových zakončení pomocí prachu, hlenu, plynu
    • Kašel – podráždění dolních cest dýchacích

Pojmy týkající se dýchání

  • Vitální kapacita plic
    • Maximální množství vzduchu, které můžeme vydechnout po největším možném nádechu, její hodnota závisí na věku, pohlaví, na trénovanost atd.
    • Muži – 5,6 litrů, ženy – 5 litrů
  • Dechový objem – objem jednoho vdechu, jeho hodnota se v klidu pohybuje asi okolo 0,5 litrů
  • Dechová frekvence – počet vdechů za minutu, okolo 16 vdechů
  • Žeberní dýchání – dochází k rozestupu žeber a ke zvětšení hrudního koše, naplňuje se střední část plic, břišní oblast zůstává nehybná, vyžaduje větší námahu a do plic se dostává méně vzduchu, nejhorším typem dýchání je dýchání pouze do vrchní části plic
  • Brániční dýchání – bránice se se snižuje, břicho se nafukuje, dolní část plic se naplňuje vzduchem, hrudní koš zůstává nehybný, bránice masíruje žaludek a ostatní orgány, nejlepší způsob dýchání ovlivňující např. krevní oběh, zásobování srdce krví, masáž břišních orgánů – správné vyprazdňování jater, správné vylučování žluči, zlepšení funkce sleziny, slinivky, žaludku a střev, uvolnění centra úzkosti
  • Kyslíkový dluh
    • Vzniká při nadspotřebě kyslíku při výkonu, svalové buňky jsou nuceny tvořit energii anaerobně, glukóza se štěpí za vzniku laktátu, který se hromadí ve svalech, vznikají bolesti, těžké dýchání

Nemoci dýchací soustavy

  • Rýma
    • Zánět horních cest dýchacích
    • Nákaza vzniká přenesením viru napadajícího buňky vystýlající nosní dutinu a hltan – rychle se množí, do infikovaných tkání jsou krví přinášeny lymfocyty, které mají schopnost virové částice zneškodnit à rozšiřují se cévy, což má za následek zvýšení sekrece tekutin – výtok z nosu
  • Laryngitida
    • Zánětlivé onemocnění hrtanu
    • Otok hrtanu a zúžení cesty pro vzduch
    • Suchý kašel, pálení v krku, chrapot, mírně zvýšená teplota, dušení se slyšitelným pískotem
    • Nejčastěji u dětí v předškolním věku
    • Studený až ledový vzduch pomáhá ústupu otoku
  • Astma
    • Nekontrolovatelná a nekoordinovatelná změna průzoru průdušek, stahy hladké svaloviny bronchiolů způsobující dušení – astmatický záchvat – dušnost, kašel, až selhání funkce plic
    • Ovlivňováno alergeny, infekcí, zátěží,…
    • Léky – roztahují bronchioly, čistí dýchací cesty
  • Tuberkulóza (TBC) – soukotiny
    • Způsobena bakterií Kochův bacil
    • Bakterie se usazují v plicích, zjizvují tkáň, rozšiřují se do jiných orgánů
    • fáze – otevřená, člověk se snaží uvolnit plicní sklípky, kašel
    • fáze – popraskání plic, rozpad plicní tkáně (sputum) – vykašlávání krve
  • Bronchitida
    • Infekční zánět průdušek
    • Vytrvalý kašel, vykašlávání hlenu, dušnost, bolest na hrudníku, dýchací potíže
  • Chřipka
    • Akutní virové onemocnění horních cest dýchacích
    • Rýma, bolest v krku, kašel, bolest kloubů, svalů, hlavy, zvýšená únava, teplota
  • Angína
    • Prudký zánět krčních mandlí, vyvolaná streptokoky nebo stafylokoky
    • Horečka, bolesti v krku, zduření krčních mandlí – nedoporučuje se pít teplé pití, bakterie se množí v teplém prostředí
  • Rakovina plic
    • Nádorové onemocnění způsobené kouřením a vdechovanými karcinogeny
  • Zápal plic
    • Viry, bakterie
    • Plicní sklípky jsou zaplněny vodou a hlenem – ztíženo dýchání
    • Zánětlivé onemocnění plic
    • Kašel, bolest na prsou, horečka, obtíže při dýchání
    • Častá příčina úmrtí starých lidí, tělesně slabých nebo postižených
  • Vdechnutí cizího tělesa
    • Brání volnému průchodu vzduchu dýchacími cestami, dráždí dýchací cesty a vyvolává kašel
  • Pneumotorax
    • Smrštění plic v důsledku proniknutí vzduchu do pohrudniční štěrbiny a vyvolání tlaku à plíce přestanou následovat pohyby hrudníku
    • Vznik při proražení stěny hrudníku
  • Tonutí
    • Dochází ke vniknutí tekutiny do dýchacích cest a plic nebo ke křečovitému sevření svalstva hrtanu a tím je znemožněna výměna plynů mezi organismem a vnějším prostředím, tělo nemá dostatek kyslíku, postižený upadá do bezvědomí
  • Poruchy ovlivňující plicní funkce
    • Kouření
      • Škodí dýchací soustavě, žaludku, srdci a močovému měchýři
      • Příčina bronchitidy, zápalu plic, rakoviny plic