U životinjskoj fiziologiji, disanje je prijenos kisika iz zraka u stanice tkiva te prijenos ugljikova dioksida u suprotnom smjeru. Ono je kontrast biokemijskoj definiciji disanja, koje se odnosi na stanično disanje: metabolički proces kojim organizam dolazi do energije reakcijom kisika s glukozom koja daje vodu, ugljikov dioksid i adenozin trifosfat (ATP) (energiju). Iako je fiziološko disanje potrebno kako bi opskrbilo stanično disanje, a tako i život životinja, procesi su različiti: stanično disanje zauzima mjesto u pojedinačnim stanicama životinja, dok se fiziološko disanje tiče dotoka mase i prijenosa metabolita između organizma i vanjske okoline.
U jednostaničnih organizama, obična je difuzija dovoljna za izmjenu plinova: svaka je stanica uvijek u dodiru s vanjskom okolinom, s kratkom udaljenošću koju plinovi moraju prijeći. Naprotiv tome, složeni mnogostanični organizmi poput čovjeka imaju veću udaljenosti između okoline i njihovih unutarnjih stanica, pa je radi toga dišni sustav potreban za učinkovitu izmjenu plinova. Dišni sustav usklađeno djeluje s krvožilnim sustavom koji prenosi plinove iz tkiva i u njih.
Kod kralješnjaka koji dišu, respiracija kisika uključuje četiri stadija:
Ventilacija iz okolnog zraka u alveole pluća. Plućna izmjena plinova iz alveola u plućnih kapilara. Prijenos plinova iz plućnih kapilara kroz cirkulaciju prema perifernim kapilarama u organe. Periferna izmjena plinova iz tkivnih kapilara u stanice i mitohondrije.
Disanje se sastoji od dvije radnje: udisaja i izdisaja.
Ventilacija i prijenos plinova zahtijevaju energiju radi pokretanja mehaničkih pumpa (dijafragma i srce), suprotno pasivnoj difuziji.
Fiziologija disanja čovjeka
Svi poznati živi organizmi izmjenjuju plinove s njihovom okolinom. Ova izmjena poznata je kao disanje. Za održavanje života, kisik se mora udisati u pluća, zatim procesom difuzije preko alveolo-kapilarne membrane, vezanjem za hemoglobin u eritrocitima, i otopljen krvi prenijeti do tkiva, i potom prenijeti u stanice u kojima se obavlja aerobni metabolizam.
Disanje Disanje se može opisati kao spontani, ritmički mehanički proces. Kontrakcijom i relaksacijom mišića tijekom disanja nastaje kretanje plinova iz atmosfere u pluća i obratno, čime tijelo dobiva jedan plinoviti medij za razmjenu plinova. mini|Vanjsko disanje
Vanjsko disanje Vanjsko disanje odvija se u alveolama pluća. Zrak, koji sadrži kisik, iz atmosfere mehaničkim procesom disanja ulazi u alveole pluća. Iz udahnutog zrak u alveolama, kisik difuzijom prelazi u krvotok. U isto vrijeme, ugljični dioksid difuzijom iz venske krvi prelazi u alveole odakle s izdahnutim zrakom napušta pluća. Ciklus disanja je nesvjestan proces koji se neprekidno ponavlja, osim ako je zbog poremećaja svijesti nastao poremećaj u njegovoj regulaciji. Vanjsko disanje odvija se u dvije faze: Aktivna faza-Udisanje Kretanje zraka prema plućima aktivna je faza vanjskog disanja, ili udisanje. Ono je uzrokovano širenjem zida prsnog koša i spuštanjem ošita. Udah povećava volumen pluća i u njima stvara područje niskog tlaka. Budući da je veći tlak izvana, zrak prodire u pluća.
U tijeku mirnog disanja intrapleuralni tlak, u odnosu na atmosferski na početku udisanja, je oko (-2,5 mmHg) i smanjuje se na približno (-6 mmHg) na kraju inspirija. Za to vrijeme tlak u plućima varira u rasponu od 0 do -1,2 mmHg, tj. postaje blago negativan.
Pri maksimalnom udahu promjer prsnog koša povećava se za 20%. Normalna broj dišnih ciklusa je 12 udisaja u minuti, a obujam udahnutog zraka pri jednom udahu je oko 500 ml. Prema tome,minutni volumen disanja(ili količina zraka koja prođe kroz pluća), prosječno je oko 6 litara u minuti.
Pasivna faza-izdisanje U pasivnoj fazi vanjskog disanja - izdisanje, ošit se podiže, a zid prsnog koša se sužava, što dovodi do povećanja tlaka unutar pluća. Nakon što se otvori glotis, tlak unutar pluća izbacuje zrak, zajedno s oslobođenim CO2 iz krvi, u atmosferu.
Unutarnje disanje Unutarnje disanje je proces koji se odvija na razini tkiva i stanica, koje iz kisikom obogaćena krvi koriste kisik, a u nju vraćaju ugljični dioksid. Ovaj mehanizam, poznat je i kao metabolički procesa, proizvodnje energije neophodne za život. Unutarnje ili stanično disanje je isti proces, koji se odvija postupno, u nekoliko koraka, a čiji je rezultat pretvaranje energije pohranjene u molekulima glukoze u upotrebljivu kemijsku energiju u obliku ATP-a.
Regulacija disanja Živčani sustav prilagođava veličinu alveolarne ventilacije potrebama organizma. Zahvaljujući pri tome, da se tlakovi kisika i ugljičnog dioksida u krvi minimalno mijenjaju i kod teških opterećenja respiratornog sustava. Centar za disanje se nalazi u produženoj moždine i ponsu, a regulacija disanja se odvija kontinuiranim slanjem impulsa.
Krajnji cilj disanja je održavanje povoljnih koncentracija kisika, ugljičnog dioksida i vodikovih iona u tjelesnim tekućinama. Povećanje ugljičnog dioksida ili vodikovih iona utječe na respiraciju, tako što nadražuje centar za disanje i dovodi do uklanjanja viška plinova ubrzanjem respiracije. Regulacija ugljičnog dioksida se vrši mehanizmom povratne sprege, tako da u toku pneumonija, emfizema i drugih plućnih bolesti, ovaj sustav može povećati alveolarnu ventilaciju 5-7 puta.
Anatomija dišnih organa mini|350px|Respiratorni sustav čovjeka Dišni sustav sastoji od dišnih putova i organa koji unose atmosferski zrak u organizam. Sastav dišnog sustava; Usno-nosni prolaz, Ždrijelo, Grkljan, Dušnik, Bronhije, bronhiole, alveolarni duktusi i alveole.
Usno nosni prolaz Usno nosni prolaz se sastoji iz usnica, usne šupljina, nosnica i nosne šupljine - nazalni prolaz. Ovaj prolaza oblaže sluznica koja je prekrivena cilijarnim epitelom, čija je osnovna uloga filtriranje i vlaženje zraka. Mehaničke nečistoća, iz udahnutog zraka, sa zadržavaju u usnoj i nosnoj šupljina na vlaženom epitelu odakle se mehaničkim putem odstranjuju iz nosa i ustiju (kašljanjem, kihanjem, slinom) ili gutanjem. Sluz s uhvaćenim česticama se pokreće jedan centimetar u minuti do konačnog izbacivanja ili gutanja. U nosu i ustima zrak se zagrije i ovlaži vodenom parom, prije nego stigne u pluća. Kada bi čovjek udisao zrak kroz običnu cijev, suh i hladan zrak koji dopire u donje dijelove pluća pogodovao bi infekciji. Zrak koji ulazi kroz nosne šupljina je bolje filtrirani zrak od onoga koji ulazi kroz usta. Zato se savjetuje da se disanje kad god je to moguće obavlja preko nosa.
Ždrijelo Ždrijelo je tjelesna šupljina koja s jedne strane spaja usnu i nosnu šupljina a s druge grkljan. Glavna uloga ždrijela u procesu disanja je primiti zrak iz nosne i usne šupljina i zagrijati ga na temperaturu tijela prije njegovog ulaska u respiratorne sustav.
Grkljan Grkljan je organ dišnog sustava koji je smješten u prednjem dijelu vrata. Organ je cijevastog obilika i počinje otvorom u donjem dijelu ždrijela (hipofarinks), a nastavlja se u dušnik (lat. trachea). Glavna funkcija grkljana je disanje, dok je kroz evoluciju prilagođen i fonaciji (govoru). Posebnu ulogu u zaštiti disanja ima grkljanski poklopac (lat. epiglotis), koji sprečava da hrana završi u grkljanu i dalje u dušniku, tj. sprečava aspiraciju i eventualno gušenje.
Dušnik Dušnik ili trahea, je cijev kroz koju zrak dospijeva u bronhije. mini|Izmjena plinova se odvija na nivou alveola i plućnih kapilara Faze vanjskog disanja Bronhiji, bronhiole, alveolarni duktusi i alveole Zrak iz dušnika nastavlja kretanje dolje kroz bronhije i bronhiole, ka sve manjim prolazim, ili duktusima, dok ne dospije u alveole plućnog tkiva. Glavna dušnica, po ulasku u pluća, silazi koso nadole i oblikuje bronhalno stablo. Plućni režnjić, je osnovna jedinica građe pluća, ima oblik piramide, veličine oko 1 cm². Kroz njegov vrh ulazi bronhiola koja se grana dajući sitne alveole, poluloptasta proširenja njezinih zidova. Bronhiola formira strukture koje liče na grozd a svaka bobica predstavlja alveolu.
Alveola je najvažniji dio pluća, oblika mjehurića promjera 0,3 mm i u prosjeku ih ima oko 150 milijuna. Alveole su tvorevina vrlo tankih zidova, kojih u plućima ima oko 300 milijuna, s ukupnom površinom koja je u kontaktu s kapilarama od oko 70 m². Svaka mala alveola okružena je mrežom kapilara kojima se pridružuju arterije i vene. Na mikroskopskom pregledu kapilara se vidi da promjer njegovog zid čini samo jedna stanica. Plućni kapilara su toliko uske da se crvena krvna zrnca mogu kretati kroz njih samo u jednom nizu. Razmjena plinova CO2 i O2 se odvija na razini alveola.
Funkcije disanja mini|Shema razmjene plinova u plućima Disanje ima nekoliko funkcija; Unos kisika u tijelo, Uklanjanje ugljičnog dioksida iz tijela, Regulacija tjelesne temperature, Regulacija acido-bazne ravnoteže u tijelu.
Unos kisika u tijelo Primarna funkcija disanja je unos kisika. Kisik ulazi u tijelo putem dišnog suustava, a zatim se u tijelu kroz cirkulacijski sustav dostavlja do svih njegovih dijelova. Sve stanice u tijelu za potrebe metabolizma hrane imaju potrebu za kisikom.
Uklanjanje ugljičnog dioksida iz tijela Ugljični dioksid je jedan od nusproizvoda u metaboličkim procesima. Ugljični dioksid se prenosi iz tkiva do pluća odakle se on izbacuje iz tijela.
Kada ugljični dioksid uđe u kapilare, on reagira s vodom, te nastaje ugljična kiselina. Ta reakcija se ubrzava enzimima do 5000 puta. Već u sljedećem trenutku ova kiselina disocira na bikarbonatne ione i u ovom bezopasnom stanju se prenosi do pluća. Ovim procesom je omogućeno da se ugljični dioksid 15-20 puta lakše transportira.
Regulacija tjelesne temperature Tjelesna temperature se obično održava u rasponu od (36.1 do 37,0°C). Isparenje tjelesnih tekućina (kao što je znojenje) je jedna od metoda koja pomaže uklanjanju topline i održavanju toplinske ravnoteže tijela. Vlažan zrak tokom izdisanja također pomaže u procesu eliminacije topline. Negativan efekt može biti gubitak velike količine topline zbog velike površine pluća. mini|Proces difuzije O2 i CO2 odvija se kroz semipermeabilnu membrane na temelju razlike tlaka (pO2 i pCO2)
Regulacija kiselo-lužnate ili kiselo-bazične ravnoteže u tijelu U tijelu postoji složena ravnoteža između količine kisika i ugljičnog dioksida. Kretanje ugljičnog dioksida i kisika odvija se kroz brojne kemijske promjene u hemoglobinu i krvnoj plazmi. Poremećaj u radu ovih kemijskih puteve mijenja kemijsku ravnotežu tijela.
Pod normalnim uvjetima, relativni nivo kiselo-lužnate ravnoteže (pH razina) u tijelu je u rasponu od 7,35 do 7,45. Tijekom disanja raste parcijalni tlak ugljičnog dioksida, povećava se razina kiselosti, i pH vrijednost se snižava na manje od 7,3. Isto tako, premalo ugljičnog dioksida izaziva porast bazne reakcije krvi i porast pH vrijednosti. Budući da ljudsko tijelo održava kiselo-lužnatu ravnotežu unutar uskih granica, dišni centar mozga reagira pri svakoj promjeni pH i parcijalnog tlaka ugljičnog dioksida (pCO2) u krvi. Kada dođe do promjena acido-bazne ravnoteže i pH, kemijski receptore aktiviraju dišni proces kako bi se pCO2 i pH razina normalizirali. Raspon od 7,2 do 7,6 je kritična granica nužne za kretanje kisika kroz krv i ulazak kisika u tkiva.
Izmjena plinova u plućima i tkivima mini|Difuzija CO2 i O2 između alveole i kapilara u plućima mini|Izmjena plinova u plućima temelji se na razlici pO2 i pCO2 u alvolama i krvnoj plazma kapilara pluća mini|Kriva zasićenja hemoglobina kisikom Kisik je zastupljen s oko 20,9%, (21%) u plinskoj smjesi naše atmosfere, a njegov parcijalni tlak je 160 mmHg u suhom zraku na razini mora, na temperaturi od oko 15°C. Daltonov zakon ;''navodi da su parcijalni (djelomični) pritisci plina u plinskoj smjesi jednaki pritisku plina koji bi on ostvario ako bi sam zauzimao taj prostor. Svaka plinska komponenta u zračnoj smjesi vrši pritisak koji je proporcionalan udjelu koji ona ima u mješavini.