Respiration. Blodets iltning og udskillelse af CO2. Alveoler

Transkript

1 Respiration Blodets iltning og udskillelse af CO2 Alveoler Alveolerne er runde udposninger i væggen af de små alveolesække, der sidder for enden af de respiratoriske bronkioler (mindste del af luftvejenes forgrenede struktur). Hver alveole har en indre diameter på 0,3 mm., og samlet set har alveolerne et areal på ca m 2, hvilket medfører hurtig og effektiv diffusion mellem luft og blod. Alveolernes vægge består af et lag pladeepitelceller, der holdes sammen af en elastisk membran, der bevirker at alveolerne kan udvide sig. På indersiden af alveolevæggene dannes et stof kaldet surfaktant, der sørger for, at de ikke kan klappe sig sammen, og mindsker belastningen ved deres udvidelse. Lungekapillærer Tæt omkring alveolerne ligger lungekapillærerne, hvis vægge ligeledes består af et lags pladeepitelceller, holdt sammen af en tynd membran. O 2 og CO 2 skal altså kun passere gennem kapillær- og alveolevæggen for at diffusere. Længekapillærerne ligger i lungevævet, et fintmasket net, der dækker alveolerne. Denne fælles overflade, hvor i gennem O 2 og CO 2 diffusionen finder sted, kaldes den respiratoriske overflade.

2 Gasudveksling Blodet der strømmer gennem lungekapillærerne, kommer fra venerne, og er O 2 fattigt, og CO 2 holdigt. Den atmosfæriske luft har et meget højt O 2 indhold (ca. 20%) og lavt CO 2 indhold (ca. 0,02%). Denne koncentrationsforskel er drivkraften for den diffusion der finder sted mellem alveolerne og lungekapillærerne. Man kan tale om fire forhold, der tilsammen sikrer, en hurtig og effektiv diffusion: Høj koncentrationsforskel Stort diffusionsareal i den respiratoriske overflade Kort diffusionsafstand Forholdsvis høj diffusionstemperatur (luften opvarmes til 37 grader, før den når alveolerne O 2 og CO 2 udvekslingen finder altså sted på baggrunden af disse forudsætninger. Når blodet løber igennem lungekapillærerne og CO 2 diffuseres fra blodet til alveoleluften, vil koncentrationsforskellen falde, og diffusionen vil blive mindre. For at sikre, at gasudvekslingen ikke ophører, må luften i alveolerne udskiftes med atmosfærisk luft, hvilket vejrtrækningen sørger for. Det samme gør sig gældende med koncentrationsforskellen af O 2 i blodet, som afhjælpes når nyt blod løber gennem lungekapillærerne. Respiration Respirationen er som sagt forudsætningen for, at der fastholdes en høj koncentrationsforskel af O 2 og CO 2. Respirationen foregår med skiftevis inspiration og eksspiration, og respirationsdybden angiver, hvor meget luft der trækkes ind i lungerne pr. inspiration (normalt ca. 0,5 l.). Respirationsfrekvensen angiver antal inspirationer pr. minut, og vil i hvile ligge på ca gange, hos voksne.

3 Inspiration i hvile: Ved inspiration flyttes luften fra omgivelserne, gennem luftvejene til alveolerne. For at dette kan ske, skaber kroppen et undertryk, der suger luften ned i alveolerne. Undertrykket skabes ved, en kontraktion af respirationsmusklerne (oftest mellemgulvsmusklen), der medvirker at thorax (brysthulen), hvorpå lungerne sidder fast, udvides, så alveolerne strækkes ud, og den mængde luft, der var tilbage i alveolerne efter sidste eksspiration fordeles over et større areal. Herved skabes et undertryk. Eksspiration i hvile: Ved eksspiration presses normalt den samme mængde luft ud af lungerne, som blev suget ind ved inspiration. Dette forudsætter et højere tryk i på luften i lungerne, end den i omgivelserne, hvilket skabes, ved ar mindske thorax rumfang. Eksspirationen begynder, når respirationsmusklerne slapper af igen. Hermed får det elastiske væv mellem alveolerne lungerne til at trække sig sammen igen. Samtidig presses den nu afslappede mellemgulvsmuskel op i thorax igen, hvilket presser lungerne yderligere sammen. Når lungernes rumfang mindskes, skabes derfor et overtryk på luften i lungerne, og luften presses ud. Lungerne Hver lunge (pulmo) er inddelt i lungelapper. Højre lunge er inddelt i tre lapper, og venstre i to (da hjertet fylder i denne side). Den øverste ende af hver lunge (apex pulmonis) ligger på højde med første par ribben og nøglebenet, og nederste ende (basis pulmonis) følger nederste kant af ribbenene.

4 Lungerne består af alveoler, lungekapillærer, bronkier, bronkioler, nervevæv, lymfekar og blodkar. Mellem dette er elastiske fibre, der gør lungerne meget eftergivelige. Omkring lungerne ligger en elastisk hinde. Lungehinden: Lungehinden (pleura) er en tynd bindevævshinde, der omgiver hver lunge. Hinden er elastisk, så den kan følge med lungernes rumfangsændringer, og består af to lag. Inderste lag (pleura visceralis) ligger på lungernes overflade, og ind i spalterne mellem lungelapperne. Det yderste lag (pleura parietalis) sidder fast på indersiden af brystkassens væg, mellemgulvsmusklen og det bindevæv, der omgiver de organer, der ligger i mellemrummet mellem de to lunger. Den side af de to lag, der vender ind imod hinanden er meget glat, og i mellemrummet mellem de to lag (pleurahulen) findes lidt smørende væske. Dette bevirker, at lungernes overflade kan bevæge sig gnidningsløst, når rumfanget ændres i forbindelse med respirationen. I pleurahulen findes et undertryk, der sørger for at lungerne ikke kan klappe sig sammen, og samtidig sikrer, at de følger med, når mellemgulvsmuskulaturen og thoraxvæggen bevæger sig i forbindelse med inspiration. Vejrtrækningsregulering Respirationen skal tilpasses cellernes aktuelle behov, der ændrer sig afhængig af aktivitet. Går man f.eks. fra at sidde til at løbe, har muskelcellerne et større behov for energi, en aktiv proces der kræver O 2, og producerer CO 2 som restprodukt. For at sikre, at blodet iltes tilstrækkeligt, og der ikke ophobes CO 2, skal der være den rette koncentration af gasserne i luften i alveolerne, hvilket reguleres gennem øget respiration. Udskiftningen af luften i alveolerne kaldes den alveolære ventilation og afhænger af følgende faktorer:

5 Respirationsfrekvensen Respirationsdybden Begge dele øges ved høj fysisk aktivitet, og sænkes ved lav, og følger derved cellernes og kroppens behov. Kombinationen af disse to faktorer medfører, at den alveolære ventilation kan variere fra ca. 6 liter luftskifte pr. minut i hvile (12 inspirationer af 0,5 liter) til 60 liter luftskifte pr. minut ved høj fysisk aktivitet (40 inspirationer af ca. 1,5 liter/stk.). Hjernens respirationscenter styrer oftest denne tilpasning til kroppens behov, men det er også muligt bevidst at styre sin vejrtrækning. Respirationscentrets styring af vejrtrækningen Respirationscenteret består af nerveceller, der ligger i den forlængede marv, nederst i hjernestammen. Cellerne sender nerveimpulser til mellemgulvsmuskulaturen og musklerne mellem ribbene om at kontrahere, så der sker en inspiration. Når cellerne ikke sender impulser slapper muskulaturen af, og der opstår eksspiration. Respirationscenteret tilpasser altså respirationsfrekvens og dybde, til cellernes behov, ved at sende nerveimpulser til respirationsmuskulaturen. For at kunne gøre dette, får respirationscenteret nervesignaler med information omkring blodets sammensætning af de kemoreceptorer (sanseceller), der sidder i væggen af aorta og halsarterierne. Kemoreceptorerne sender desuden også nervesignaler til det vasomotoriske center, der styrer kredsløbet. Centeret tilpasser altså respirationsmusklernes arbejde sådan, at hvis O 2 niveauet i blodet er for lavt og/eller CO 2 niveauet for højt øges musklernes arbejde, om omvendt sendes færre impulser til respirationsmusklerne, hvilket medfører arbejdet sænkes, hvis O 2 niveauet er for højt, og CO 2 niveauet for lavt. Respirationscentret modtaget også information fra strækreceptorerne i lungevævet om, hvor meget lungerne udspiles ved inspiration, og kan derved styre, at eksspirationen

6 bliver tilsvarende. Andre sanseceller i luftvejene sender impulser til centeret, der kan udløse f.eks. host eller nys. Ud over disse sanseindtryk modtager respirationscenteret også impulser fra hjernen, der har med sindsstemning at gøre, hvilket er årsagen til, at respirationen ændres, hvis man f.eks. er bange eller vred. Viljestyret respiration: Når man bevidst styrer respirationen, overtager andre dele af nervesystemet styringen af respirationsmusklerne. Dette er nyttigt, hvis man skal puste balloner op eller pudse næse, men bruges også når man taler, hvilket kræver en langvarig eksspiration. Når kroppen har et stort behov for kraftig respiration f.eks. ved nedsat lungekapacitet eller ved hård fysisk træning, tager kroppens basale behov for luftskifte dog styring. I disse situationer er det f.eks. svært, samtidig at tale. Konduktive luftvejes funktion og inddeling Luftvejene er de hulrum som luften befinder sig i og transporteres gennem under respiration. Luftvejene inddeles i to dele: Den respiratoriske del, hvor gasudvekslingen finder sted, bestående af alveolerne og de mindste bronkioler Den konduktive del, der fører luften til og fra alveolerne og tilpasser den undervejs I den konduktive del foregår ingen gasudveksling, da væggene er for tykke, det er dog her luften tilpasses, inden den når alveolerne. Luften der inspireres, er ofte tør og kold, og kan indeholde partikler af f.eks. støv, pollen og mikroorganismer. For at alveolerne ikke udsættes for dette, hvilket kunne medføre irritation, skade eller infektion, er slimhinderne der dækker det meste af luftvejene indrettet til, at rense, fugte og opvarme

7 luften. Slimhindernes yderste lag mod luftstrømmen kaldes respirationsepitel og består af to slags celler, nemlig bægerceller og ciliebærende celler: Bægercellerne, der ligger enkeltvis og jævnt fordelt over slimhindens overflade, producerer og udskiller et tyndt, klistret lag slim, på luftvejenes overflade. De uønskede partiklerne opfanges og sætter sig fast på det klistrede lag, som derfor skal skiftes ud kontinuerligt, så det fortsat klistrer, og så partiklerne ikke bliver i luftvejene. Slimlaget er derfor i konstant bevægelse op og ud af lungerne, en transport, de ciliebærende celler står for. De ciliebærende celler har et stort antal cilier på deres overflade. Cilier er lange, tynde udløbere fra cellemembranen. Ciliernes bevægelser er koordineret således, at de alle strækkes, når de svinger til den ene side, og bøjes, når de svinger til den anden. Oven på cilierne, ligger slimet fra bægercellerne, som langsomt bevæger sig under overfladen af luftvejene, når cilierne bevæger sig koordineret nedenunder. Ciliebevægelserne vil føre slimet op fra lungerne og fra næsehulen bagud mod svælget, hvor det synkes og ender i mavesækken, hvor mikroorganismerne dræbes. I luftvejenes slimhinde findes desuden mange blodkar. Blodet opvarmer slimhinderne, og derved luften. Den høje temperatur medfører desuden, at der fordamper meget vand fra slimen, hvilket gør luften mere fugtig inden den ankommer til lungerne. Øvre luftveje Luftvejene inddeles i øvre- og nedre luftveje. De luftveje der ligger over strubehovedet er de øvre, og strubehovedet og nedefter, er de nedre. Normal vejrtrækning foregår gennem næsen og næsehulen, men kan også foregå gennem mundhulen, hvis der er for stor modstand mod luftpassage (f.eks. ved stoppet næse), eller ved øget respiration, da der er mere plads denne vej, og dermed mindre modstand mod luftpassage.

8 Efter næse og næsehule, passerer luften gennem svælget og til strubehovedet, hvor de øvre luftveje slutter. Næsehulen Næsehulen ligger bag næsen, og er opdelt i to adskilte rum af næseskillevæggen. Hvert af næsehulens to rum har forbindelse til omgivelserne gennem et næsebor, og til svælget gennem et hul bagerst i næsehulen. Næsehulens bund, der samtidig er loftet i forreste del af mundhulen, dannes af den hårde gane. Lige inden for næseborene sidder der hår, der fanger større støvpartikler i den inspirerede luft. Ydervæggene af næsehulen er beklædt med en slimhinde, der renser, fugter og opvarmer luften. Bagerst i næsehulen er slimhinden beklædt med respirationsepitel, som bevæger slimlaget bagud mod svælget. Svælget Svælget er det rør, der fører luft fra næse- og mundhule til strubehoved og luftrør, og som fører mad og drikke fra fra mundhule til spiserør. Svælget inddeles i tre dele: Næsesvælget Mundsvælget Strubesvælget Slimhinden i svælget slides i forskellig grad. I næsesvælget passerer normalt kun luft, og her er der respirationsepitel med cilier. I mund- og strubesvælget er der tykt og slidstærkt flerlaget pladeepitel, som gør, at det der skal mere til før der går hul på slimhinden, end i det tynde respirationssvælg.

9 Nedre luftveje De nedre luftveje starter ved strubehovedet, og fortsætter gennem luftrøret, der deler sig i to store hovedbronkier, som fører luften ned til hver sin lunge. Her forgrener hovedbronkierne sig til stadig flere og mindre bronkier og bronkioler, for til sidst at ende i alveolesækkene. Strubehovedet Strubehovedet er den øverste del af luftrøret, på ca. 6 cm. Det er opbygget af ni bruskstykker, som holdes sammen af muskulatur og ligamenter. Bruskdelene afstiver strubehovedet og holder det udspilet, men samtidig elastisk. Strubelåget er det bruskstykke, der ved synkerefleksen sørger for, at der lukkes for adgangen fra svælget til strubehovedet og de nedre luftveje. En ufuldstændig lukning af strubelåget kan resultere i, at der kommer lidt spyt, mad eller væske ned i strubehovedet, og man får noget galt i halsen. Indersiden af strubehovedet er næsten overalt beklædt med respirationsepitel, undtagen de steder der er udsat for stort slid, nemlig stemmebåndene og de falske stemmelæber. Når luften med høj fart passerer disse folder, påvirkes de voldsomt, og de er derfor beklædt med flerlaget pladeepitel. Luftrøret Luftrøret er et ca. 10 cm. langt rør, bygget op af 20 bruskstykker, formet som hestesko. Disse er stablet oven på hinanden og forbundet af bindevæv og glat muskulatur. Brusken stiver af, mens bindevæv og muskulatur giver mulighed for en smule bevægelighed. Slimhinden i luftrøret er beklædt med respirationsepitel og det er her luften transporteres fra strubehovedet videre mod lungerne.

10 Bronkier De to hovedbronkier fører luften til og fra hver sin lunge. Højre bronkie er, ligesom højre lunge, lidt større end venstre. De har passage til lungen gennem lungeporten og langs bronkierne løber også blodkar, nerver og lymfekar. Inde i lungen deler bronkierne sig til lapbronkier, der løber til hver sin lungelap. Lapbronkierne forgrener sig til stadig flere og mindre bronkier, der fører ud i alle dele af lungerne. Blodkarrerne følger bronkierne og forgrenes ligeledes. Brusken i bronkievæggene sikrer at luftvejene ikke kan klappe sig sammen. I de store bronkier er det ringe, som ligesom karrene bliver mindre og mindre. I de mindste kar er det glat muskulatur der styrer, hvor åbne luftvejene er og derfor, hvor meget luft der kan passere. Forgreninger af luftvejene er med til at sikre, at luften bliver tilstrækkeligt renset, fugtet og opvarmet, da luften lettere kommer i kontakt med respirationsepitellet i de mange snævre bronkier. Bronkioler Bronkiolerne er luftvejenes mindste forgreninger. Her er der makrofager i mellem epitelcellerne og altså hverken brusk eller slimproducerende celler. Makrofagerne er fagocytter, der spiser det støv, partikler eller mikroorganismer, der ikke blev opfanget højere oppe i luftvejene. Bronkiolerne deler sig i respiratoriske bronkioler, der ender i alveolesækkende med mange alveoler. Det er her gasudveksligen foregår.