Дишането - биология
Под дишане (лат.: Respiratio) В обикновения език се разбира белодробна дейност (вентилация). В по-широк смисъл обаче се разбира от дишане Всички свързани процеси, тъй като е необходимо кислородът във въздуха да дифузира през вътрешната повърхност на белите дробове, се пренася към тъканите и клетките с помощта на кръвта, а въглеродният диоксид от клетките и тъканите се пренася чрез кръвта в белите дробове и накрая издишва.
В биологията терминът е още по-изчерпателен: Всички процеси от абсорбцията на редуцируемо вещество (в аероби това е кислород, O2), транспортирането му в целевите клетки, редукцията му с помощта на дихателната верига (краен продукт в случай на аеробно дишане: вода) Съхраняването на възможно най-голямата част от освободената енергия под формата на химически високоенергийни биомолекули (най-вече АТФ) и отделянето (издишването) на въглероден диоксид (продукт на разпадане на органични вещества) се отчитат като част от дишането. В този смисъл може да се формулира в общи черти: дишане е окисляването на богато на енергия вещество (редуктант), например глюкоза, с редукция на външно, приемащо електрони вещество (оксидант, например кислород), при което (голяма) част от енергията, освободена от тази редокс реакция, се съхранява химически чрез синтеза на високоенергийни молекули.
Дихателната система е организирана по специфичен за даден вид начин: бозайниците например не могат да дишат вода, рибите не могат да дишат въздух. Причината за последното е, че хрилните листовки, които се разпространяват във водата, изсъхват във въздуха и се слепват, при което газообменът по много деликатната обменна повърхност спира. От друга страна, водата, проникваща в алвеолите, може да бъде издишана с трудност само срещу ефекта на гравитацията поради голямото си специфично тегло в сравнение с въздуха и в крайна сметка съдържанието на кислород във водата е значително по-ниско от това на нормалния въздух и се получава задушаване.
Вътрешно и външно дишане
В биологията, според анатомичните/физиологичните и биохимичните аспекти, външен от атрешна Диференцирано дишане (клетъчно дишане):
Вътрешно дишане
Кога вътрешно дишане или Клетъчно дишане наричат се тези метаболитни процеси, които обслужват енергийната печалба на клетките. По-специално това означава биохимичните процеси на дихателната верига във вътрешната мембрана на митохондриите, в края на които се синтезира АТФ.
Външно дишане
Външното дишане се случва само в аероби, тъй като анаеробите не са организирани като многоклетъчни клетки. Прави се разлика между следните компоненти, които също могат да се появят в комбинация.
- Дишане през кожата, при което газообменът с вода или със земната атмосфера се извършва по цялата повърхност на тялото.
- Дишането на хрилете, при което газообменът с вода се осъществява чрез тънки, перфузирани кожни издатини, хрилете. Среща се при много безгръбначни, включително сухоземни животни, и при риби.
- Трахеалното дишане чрез тръбни инвагинации на кожата на тялото. Среща се в насекоми, многоножки и някои паяци.
- Белите дробове: Кислородът се освобождава от алвеолите до капилярите, а въглеродният диоксид се освобождава от капилярите към алвеолите. Среща се например при дишащи белите дробове охлюви и при земноводни, влечуги, птици и бозайници (включително хора).
- Газообмен между растенията по време на фотосинтеза чрез устиците.
- Дишането на пластрон или "физическо хриле".
- Разпределението на газовете към целевите клетки в дихателната течност (кръв или лимфа), предимно с кислородни транспортни вектори (хемоглобин или хемоцианин), частично клетъчни (еритроцити).
Обмен на газ
Газообменът се споменава само в случай на газообразни субстрати, т.е.не в случай на дишане на желязо, нитрати, фумарат или сяра.
Обменът на газ винаги се осъществява предимно чрез дифузия. Това е процес във физиката, при който веществата се разпределят пространствено: от области с висока концентрация те се разпространяват в области с по-ниска концентрация, докато в идеалния случай еднаква концентрация не преобладава навсякъде). Обменът през граничен слой (в биологията: мембрана) изисква възможно най-безпрепятствена пропускливост за тези вещества. Освен това, за да се улесни обменът, е от съществено значение да има възможно най-голяма мембранна повърхност.
При многоклетъчните диференцирани организми специалните органи като част от външното дишане често са отговорни за газообмена.
Фактори, които влияят на газообмена:
- Пропускливост на мембраната за веществата, които трябва да се обменят
- Площ на мембраната
- Дебелина на мембраната (= дифузионна пътека)
- Температурата влияе върху скоростта на молекулите в веществата, които се обменят
- Разлика в концентрацията в двете пространства, разделени от мембраната: колкото по-голяма е разликата, толкова по-бързо се извършва пасивният обмен на газ.
Аеробно и анаеробно дишане
Аеробно дишане съществува едва откакто елементарният кислород е наличен в атмосферата и във водата. Образуването му датира от първите фотосинтетично активни прокариоти, вероятно предшественици на днешните цианобактерии. Преди и в среда, бедна на кислород, може/може да се извършва само анаеробно дишане.
Много организми са способни на няколко вида дишане. Например Ешерихия коли живеят при анаеробни и аеробни условия. Други организми овладяват само един вид дишане. Бозайниците, които включват и хората, са задължителни аероби, така че те зависят от кислорода, за да живеят.
По време на окисляването на високоенергийни съединения (неорганични вещества или органични вещества като глюкоза) електроните се освобождават в свързана форма. Те обикновено се прехвърлят към терминален електронен акцептор (дихателна верига) чрез обикновено дълга верига от окислително-възстановителни реакции, от които енергията се отклонява, за да образува АТФ. Последното винаги е кислород при аеробно дишане; при анаеробно дишане различни органични и неорганични вещества се срещат като електронни акцептори.
Аеробно дишане
За аеробно дишане е необходим кислород. Като правило органичните съединения като въглехидрати или мастни киселини се окисляват и накрая се прехвърлят в O2 като краен електронен акцептор в дихателната верига. Когато глюкозата се използва като субстрат, аеробното дишане произвежда въглероден диоксид и вода. Редокс потенциалът E 0 'е 0,82 V. Уравнението на сумата е:
$ \ mathrmO_6 + 6 \ O_2 \ longrightarrow 6 \ CO_2 + 6 \ H_2O> $ Една молекула глюкоза и шест молекули кислород стават шест молекули въглероден диоксид и шест молекули вода
В допълнение към въглехидратите, микроорганизмите могат да окисляват и неорганични вещества. Например, Б. Acidianus ambivalens Сяра в сярно окисление съгласно: [1]
Окислението на амония (NH4 +) е наблюдавано в някои археи. По време на това аеробно дишане амонийът се окислява до нитрит (NO2 -):
Анаеробно дишане
При анаеробното дишане, което се управлява само от прокариоти, електроните, получени от окисляването на енергиен носител, се прехвърлят към други външни, редуцируеми субстрати вместо кислород. Това не трябва да се бърка с форми на ферментация, при които електроните се прехвърлят към крайни продукти на метаболизма и по този начин не съществува възможност за фосфорилиране на електронен транспорт.
Различните анаеробни дихателни системи се класифицират въз основа на "вдишания" субстрат или метаболитните крайни продукти.
В таблицата е включена само селекция от анаеробни видове дишане (вижте основната статия за повече):
| аеробно дишане | задължителни и факултативни аероби (напр. еукариоти) | O2 → H2O |
| Дишане с желязо | факултативни аероби, задължителни анаероби (напр. Desulfuromonadales) | Fe 3+ → Fe 2+ |
| Нитратно дишане | факултативни аероби (напр. Paracoccus denitrificans, Е. coli) | NO3 - → NO2 - |
| Дишане на фумарат | факултативни аероби (напр. Ешерихия коли) | Фумарат → сукцинат |
| Сулфатно дишане | задължителни анаероби (напр. Desulfobacter latus) | SO4 2- → HS - |
| Тиосулфатно дишане | z. Б. Фероглоб | H2S2O3 → 2 H2S |
| Метаногенеза (карбонатно дишане) | метаногенни и облигатни анаероби (напр. напр. Метанотрикс термофила) | CO2 → CH4 |
| Сярно дишане | факултативни аероби и задължителни анаероби (напр. Desulfuromonadales) | S 0 → HS - |
| Дишане на арсенат | Пиробакулум | AsO4 2− → AsO3 - |
| Ацетогенеза (карбонатно дишане) | хомоацетогенни и облигатни анаероби (напр. Acetobacterium woodii) | CO2 → CH4 |
Белодробно дишане на гръбначни животни
респираторен тракт
При дишане въздухът се влива в тялото през устата или носа. При вдишване през носа въздухът първо се почиства, навлажнява и затопля от космите на носа и лигавиците. След това дъхът преминава през фаринкса, покрай ларинкса и гласовите гънки, в трахеята. Трахеята се разклонява в двата клона на бронхите, които се разклоняват все повече и повече като бронхиоли. В дихателната тръба въздухът се почиства отново от малки реснички. В края на деня алвеолите се намират в белите дробове, през чиято тънка мембрана кислородът преминава в кръвоносните съдове и обратно, въглеродният диоксид се освобождава от кръвта в белите дробове.
Механика на дишането на бозайници
Двата бели дроба запълват сдвоената плеврална кухина в гръдната кухина с изключение на тясна празнина. Това се увеличава чрез изправяне на ребрата (дишане в гърдите) и издърпване на мускулната диафрагма (коремно дишане). Тъй като пълното с течност плеврално пространство не променя обема си, белите дробове трябва да следват това разширение и да се пълнят с въздух през дихателните пътища. В процеса алвеолите се разширяват срещу повърхностно напрежение. Течност, подобна на сапун (повърхностноактивно вещество) намалява това повърхностно напрежение, от една страна, за да облекчи дихателните мускули, а от друга, за да избегне колапса на по-малките везикули. В същото време еластичните влакна предотвратяват преразтягането на вече опънати мехурчета (за нестабилност във връзка с повърхностното напрежение вижте уравнението на Young-Laplace). Регулирането на бронхиоларния диаметър също допринася за равномерната вентилация на различни части на белите дробове.
Докато издишвате, дихателните мускули се отпускат и белите дробове се свиват. Налягането в плевралното пространство обикновено остава леко отрицателно. Експираторните спомагателни дихателни мускули се използват само за принудително издишване при физическо натоварване, при говорене, пеене, кашлица или при затруднено дишане.
Контрол на дишането при бозайници
Дишането се контролира от мозъка или дихателния център в удължения гръбначен мозък. Решаващият фактор тук е реакцията на хеморецепторите към съдържанието на въглероден диоксид в кръвта. Ако това надвишава определена прагова стойност, се включва дихателният стимул. Рецепторите, които реагират на стойността на рН на артериалната кръв и липсата на кислород, са от второстепенно значение като дихателни стимули.
Разширяването на белите дробове също се записва чрез чувствителните влакна на блуждаещия нерв. Ако това надвиши определено ниво, дишането е ограничено от рефлекс.
Измервания при хора
Дихателна честота
Средният брой вдишвания и издишвания за единица време (дихателната честота е) е в условия на почивка
| Възрастни | 11-15 |
| Тийнейджъри | 16-19 |
| Дете в училище | 20-ти |
| малко дете | 25-ти |
| бебе | 30-ти |
| Новородено | 40-50 |
Дихателен обем
Дихателният обем при възрастен е около 0,5 литра в покой. [2]
Минутна вентилация
Дихателният минутен обем $ V_> $ е сумата от дихателните обеми $ V_> $ в рамките на една минута, чийто брой е равен на произведението от дихателната честота е на минута, така че:
Или разбирано като ставка:
Пример: 4200ml/min = 12/min x 350ml
Мъртво пространство
Обемът на мъртвото пространство $ V_ $ е количеството въздух, което не участва активно в газообмена, т.е. "остава" по време на дишането в газопроводната система (пространство между устата и алвеолите). Когато възрастен диша около 500 ml в покой, мъртвото пространство отговаря на около 30% от общия дихателен обем. При възрастен обемът на мъртвото пространство е около 150-200 ml.
Дихателен натиск
Дишащото налягане за възрастни обикновено е около 50 mbar, с максимум около 160 mbar.
Патологични форми на дишане
| R06 | Нарушения на дишането | |
| R06.1 | Стридор | |
| R06.2 | Дърпащо дишане | |
| R06.3 | Периодично дишане | |
| R06.4 | Хипервентилация | |
| R06.5 | Дишане през устата | |
| R06.6 | Singultus | |
| R06.7 | Кихане | |
| R06.8 | Други и неуточнени дихателни нарушения | |
| ICD-10 онлайн (версия на СЗО 2011) | ||
Нарушенията на дишането (патологични форми на дишане) са изброени в ICD-10 Симптоми, засягащи кръвоносната и дихателната системи кога R06 обобщено. (Следващите примери служат първоначално само като работна основа!)
(Признаци на централно дихателно разстройство; дишане, типично за мозъчно увреждане (травматично мозъчно увреждане, засегнато: мозъчен ствол), повишено вътречерепно налягане или менингит)
(Признаци на централно дихателно разстройство; дишане, типично за мозъчно увреждане (напр. Травматично увреждане на мозъка, засегнато: мозък))
- Хипервентилация; изключителна психогенна хипервентилация!
- Kussmaul дишане (типично за диабетна кетоацидоза; това води до хипервентилация)
- Дишане през устата, хъркане
- Синдром на обструктивна сънна апнея
- Дишане на въздишка
- Задишвайки
- Хълцане; изключителен психогенен сингултус
- Стридор
Респираторна терапия
Клиничната дихателна терапия се занимава със заболявания и дисфункции на белите дробове и гласовия апарат.