Disanje

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu
Rendgenski video ženge američkog aligatora dok diše.

U životinjskoj fiziologiji, disanje je prenos kiseonika iz vazduha u ćelije tkiva te prenos ugljen-dioksida u suprotnom smeru. Ono je u kontrastu s biohemijskom definicijom disanja, koje se odnosi na ćelijsko disanje: metabolički proces kojim organizam dolazi do energije reakcijom kiseonika s glukozom koja daje vodu, ugljen-dioksid i adenozin trifosfat (ATP) (energiju). Iako je fiziološko disanje potrebno kako bi opskrbilo ćelijsko disanje, a tako i život životinja,[1] procesi su različiti: ćelijsko disanje zauzima mesto u pojedinačnim ćelijama životinja, dok se fiziološko disanje tiče dotoka mase i prenosa metabolita između organizma i spoljašnje okoline.

Kod jednoćelijskih organizama, obična je difuzija dovoljna za razmenu gasova: svaka je ćelija uvek u dodiru s spoljašnjom okolinom, s kratkom udaljenošću koju gasovi moraju da pređu. Za razliku od toga, složeni mnogoćelijski organizmi poput čoveka imaju veću udaljenosti između okoline i njihovih unutarnjih ćelija, pa je radi toga respiratorni sistem neophodan za delotvornu razmenu gasova. Respiratorni sistem usklađeno deluje s kardiovaskularnim sistemom koji prenosi gasove iz i u tkivo.[2] Disanje je proces koji unosi ili iznosi vazduh iz pluća kičmenjaka.[1] Aerobni organizmi ovih vrsta - kao što su gmizavci, ptice i sisari - zahtevaju kiseonik da oslobode energiju putem respiracije, u vidu metabolizma molekula bogatih energijom kao što je glukoza. Disanje je proces koji isporučuje kiseonik tamo gde je potrebno u telu i uklanja ugljen-dioksid. Još jedan važan proces podrazumeva kretanje krvi kroz krvotok.[2] Razmena gasova se odvija u alveolama pluća pasivnom difuzijom gasova između alveolnog gasa i krvi u plućnim kapilarima. Kada se ovi gasovi rastvore u krvi, srce pokreće njihoo protok kroz telo (preko krvotoka). Medicinski izraz za normalno opušteno disanje je eupneja (lat. eupnea).

Pored uklanjanje ugljen-dioksida, rezultat disanja je i gubitak vode iz tela. Izdahnut vazduh ima relativnu vlažnost od 100% zbog difuzije vode preko vlažne površine disajnih puteva i alveola. Kod kičmenjaka koji dišu, respiracija kiseonika uključuje četiri stadijuma:

  • Ventilacija iz okolnog vazduha u alveole pluća.
  • Plućna razmena gasova iz alveola u plućnih kapilara.
  • Prenos gasova iz plućnih kapilara kroz cirkulaciju prema perifernim kapilarama u organe.
  • Periferna izmena gasova iz tkivnih kapilara u ćelije i mitohondrije.

Disanje se sastoji od dve radnje: udisaja i izdisaja. Ventilacija i prenos gasova zahtevaju energiju radi pokretanja mehaničkih pumpi (dijafragma i srce), za razliku od pasivne difuzije.

Fiziologija disanja čoveka[uredi]

Svi poznati živi organizmi vrše razmenu gasova s njihovom okolinom. Ova razmena je poznata kao disanje. Za održavanje života, kiseonik se mora udisati u pluća, zatim procesom difuzije preko alveolo-kapilarne membrane, vezanjem za hemoglobin u eritrocitima, i rastvoren u krvi se prenosi do tkiva, i potom se prenosi u ćelije u kojima se obavlja aerobni metabolizam.[3]

Disanje[uredi]

Disanje se može opisati kao spontani, ritmički mehanički proces. Kontrakcijom i relaksacijom mišića toekom disanja nastaje kretanja gasova iz atmosfere u pluća i obratno,:[4][5] čime telo dobija jedan gasoviti medijum za razmenu gasova.

Spoljašnje disanje

Spoljašnje disanje[uredi]

Spoljašnje disanje se odvija u alveolama pluća.[6] Vazduh, koji sadrži kiseonik, iz atmosfere mehaničkim procesom disanja ulazi u alveole pluća. Iz udahnutog zrak u alveolama, kiseonik difuzijom prelazi u krvotok. U isto vreme, ugljen-dioksid difuzijom iz venske krvi prelazi u alveole odakle sa izdahnutim zrakom napušta pluća.

Ciklus disanja je nesvestan proces koji se neprekidno ponavlja,[7] osim ako je zbog poremećaja svesti nastao poremećaj u njegovoj regulaciji. Vanjsko disanje odvija se u dve faze:

  • Aktivna faza - Udisanje

Kretanje vazduha prema plućima je aktivna faza vanjskog disanja, ili udisanje. Ono je uzrokovano širenjem zida prsnog koša i spuštanjem dijafragme. Udah povećava volumen pluća i u njima stvara područje niskog pritiska. Budući da je veći pritisak spolja, vazduh prodire u pluća.

U toku mirnog disanja intrapleuralni pritisak, u odnosu na atmosferski na početku udisanje, je oko (-2,5 mmHg) i smanjuje se na približno (-6 mmHg) na kraju inspirijuma. Za to vreme pritisak u plućima varira u rasponu od 0 do -1,2 mmHg, tj. postaje blago negativan.

Pri maksimalnom udahu obim prsnog koša povećava se za 20%. Normalan broj disajnih ciklusa je 12 udisaja u minuti, a zapremina udahnutog vazduha pri jednom udahu je oko 500 ml. Prema tome,minutna zapremina disanja (ili količina vazduha koja prođe kroz pluća), prosečno je oko 6 litara u minuti.

  • Pasivna faza-izdisanje

U pasivnoj fazi spoljašnjeg disanja - izdisanje, dijafragma se podiže, a zid prsnog koša se sužava, što dovodi do povećanja pritiska unutar pluća. Nakon što se otvori glotis, pritisak unutar pluća izbacuje vazduh, zajedno sa oslobođenim CO2 iz krvi, u atmosferu.

Unutarnje disanje[uredi]

Unutarnje disanje je proces koji se odvija na nivou tkiva i ćelija, koje iz kiseonikom obogaćene krvi koriste kiseonik, a u nju vraćaju ugljen-dioksid. Ovaj mehanizam, poznat je i kao metabolički proces, proizvodnje energije neophodne za život. Unutarnje ili ćelijsko disanje je isti proces, koji se odvija postupno, u nekoliko koraka, a čiji je rezultat pretvaranje energije sačuvane u molekulima glukoze u upotrebljivu hemijsku energiju u obliku ATP-a.

Regulacija disanja[uredi]

Živčani sistem prilagođava veličinu alveolarne ventilacije potrebama organizma. Zahvaljujući tome se pritisci kiseonika i ugljen-dioksida u krvi minimalno menjaju čak i kod teških opterećenja respiratornog sistema. Centar za disanje se nalazi u produženoj moždine i ponsu, a regulacija disanja se odvija kontinuiranim slanjem impulsa.[8]

Krajnji cilj disanja je održavanje povoljnih koncentracija kiseonika, ugljen-dioksida i vodikovih jona u telesnim tečnostima. Povišenje koncentracije ugljen-dioksida ili vodikovih jona utiče na respiraciju, tako što nadražuje centar za disanje i dovodi do uklanjanja viška gasova ubrzanjem respiracije. Regulacija ugljen-dioksida se vrši mehanizmom povratne sprege, tako da u toku pneumonija, emfizema i drugih plućnih bolesti, ovaj sistem može povećati alveolarnu ventilaciju 5-7 puta.

Anatomija respiratornih organa[uredi]

Respiratorni sistem čoveka

Respiratorni sistem sastoji od disaonih puteva i organa koji unose atmosferski vazduh u organizam.

Sastav respiratornog sistema;
  • Usno-nosni prolaz,
  • Ždrelo,
  • Grkljan,
  • Dušnik,
  • Bronhije, bronhiole, alveolarni duktusi i alveole.
  • Usno nosni prolaz

Usno nosni prolaz se sastoji iz usni, usne šupljine, nozdrva i nosne šupljine - nazalni prolaz. Ovaj prolaza oblaže sluzokoža koja je prekrivena cilijarnim epitelom, čija je osnovna uloga filtriranje i vlaženje zraka. Mehaničke nečistoća, iz udahnutog vazduha, sa zadržavaju u usnoj i nosnoj šupljini na vlaženom epitelu odakle se mehaničkim putem odstranjuju iz nosa i ustiju (kašljanjem, kijanjem, slinom) ili gutanjem. Sluz sa uhvaćenim česticama se pokreće jedan centimetar u minuti do konačnog izbacivanja ili gutanja. U nosu i ustima vazduh se zagreje i ovlaži vodenom parom, pre nego što stigne u pluća. Kada bi čovek udisao vazduh kroz običnu cev, suv i hladan vahduh koji dopire u donje delove pluća pogodovao bi infekciji. Vazduh koji ulazi kroz nosne šupljina je bolje filtrirani vazduh od onoga koji ulazi kroz usta. Zato se savetuje da se disanje kad god je to moguće obavlja preko nosa.

  • Ždrelo

Ždrelo je telesna šupljina koja s jedne strane spaja usnu i nosnu šupljinu, a sa druge grkljan. Glavna uloga ždrela u procesu disanja je da primi vazduh iz nosne i usne šupljina i zagreje ga na temperaturu tela pre njegovog ulaska u respiratorni sistem.

  • Grkljan

Grkljan je organ disaonog sistema koji je smešten u prednjem delu vrata. Organ je cevastog oblika i počinje otvorom u donjem delu ždrela (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 cev kroz koju vazduh dospeva u bronhije.

Razmena gasova se odvija na nivou alveola i plućnih kapilara

Faze spoljašnjeg disanja

  • Bronhije, bronhiole, alveolarni duktusi i alveole

Vazduh iz dušnika nastavlja kretanje dolje kroz bronhije i bronhiole, ka sve manjim prolazima, ili duktusima, dok ne dospe 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 deo pluća, oblika mehurića prečnika 0,3 mm i u proseku ih ima oko 150 miliona. Alveole su tvorevina vrlo tankih zidova, kojih u plućima ima oko 300 miliona, sa ukupnom površinom koja je u kontaktu sa 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 njigov zid čini samo jedna ćelija. Plućne kapilare su toliko uske da se crvena krvna zrnca mogu kretati kroz njih samo u jednom nizu. Razmena gasova CO2 i O2 se odvija na nivou alveola.

Funkcije disanja[uredi]

Šema razmene gasova u plućima
Disanje ima nekoliko funkcija;
  • Unos kiseonika u telo,
  • Uklanjanje ugljen-dioksida iz tela,
  • Regulacija telesne temperature,
  • Regulacija acido-bazne ravnoteže u telu.

Unos kiseonika u telo[uredi]

Primarna funkcija disanja je unos kiseonika. Kiseonik ulazi u telo putem disajnog sistema, a zatim se u telu kroz cirkulacijski sistem dostavlja do svih njegovih delova. Sve ćelije u telu za potrebe metabolizma hrane imaju potrebu za kiseonikom.

Uklanjanje ugljen-dioksida iz tela[uredi]

Ugljen-dioksid je jedan od nusproizvoda u metaboličkim procesima. Ugljen-dioksid se prenosi iz tkiva do pluća odakle se on izbacuje iz tela.

Kada ugljen-dioksid uđe u kapilare, on reaguje s vodom, te nastaje ugljena kiselina. Ta reakcija se ubrzava enzimima do 5000 puta. Već u sledećem trenutku ova se kiselina disocira na bikarbonatne jone i u ovom bezopasnom stanju se prenosi do pluća. Ovim procesom je omogućeno da se ugljen-dioksid 15-20 puta lakše transportuje.

Regulacija telesne temperature[uredi]

Telesna temperature se obično održava u rasponu od (36,1 do 37,0 °C). Isparenje telesnih tečnosti (kao što je znojenje) je jedna od metoda koja pomaže uklanjanju toplote i održavanju toplotne ravnoteže tela. Vlažan vazduh tokom izdisanja takođe pomaže u procesu eliminacije toplote. Negativan efekt može biti gubitak velike količine toplote zbog velike površine pluća.

Proces difuzije O2 i CO2 odvija se kroz semipermeabilnu membrane na temelju razlike pritiska (pO2 i pCO2)

Regulacija acido-bazne ravnoteže u telu[uredi]

U telu postoji složena ravnoteža između količine kiseonika i ugljen-dioksida. Kretanje ugljen-dioksida i kiseonika odvija se kroz brojne hemijske promene u hemoglobinu i krvnoj plazmi. Poremećaj u radu ovih hemijskih puteve menja hemijsku ravnotežu tela.

Pod normalnim uslovima, relativni nivo acido-bazne ravnoteže (pH nivo) u telu je u rasponu od 7,35 do 7,45. Tokom disanja raste parcijalni pritisak ugljen-dioksida, povećava se nivo kiselosti, i pH vrednost se snižava na manje od 7,3. Isto tako, premalo ugljen-dioksida izaziva porast bazne reakcije krvi i porast pH vrednosti. Budući da ljudsko telo održava acido-baznu ravnotežu unutar uskih granica, respiratorni centar mozga reaguje pri svakoj promeni pH i parcijalnog pritiska ugljen-dioksida (pCO2) u krvi. Kada dođe do promena acido-bazne ravnoteže i pH, hemijski receptori aktiviraju respiratorni proces kako bi se pCO2 i pH nivo normalizovli. Raspon od 7,2 do 7,6 je kritična granica nužna za kretanje kiseonika kroz krv i ulazak kiseonika u tkiva.

Razmena gasova u plućima i tkivima[uredi]

Razmena gasova u plućima temelji se na razlici pO2 i pCO2 u alvolama i krvnoj plazmi kapilara pluća
  • Kiseonik je zastupljen sa oko 20,9%, (21%) u gasovitoj smeši naše atmosfere, a njegov parcijalni pritisak je 160 mmHg u suvom vazduhu na nivou mora, na temperaturi od oko 15 °C.
  • Daltonov zakon navodi da su parcijalni (delimični) pritisci gasa u gasnoj smeši jednaki pritisku gasa koji bi on ostvario ako bi sam zauzimao taj prostor. Svaka gasna komponenta u vazdušnoj smeši vrši pritisak koji je proporcionalan udelu koji ona ima u mešavini.
  • Međutim ove vrednosti se menjaju kada udahnuti vazduh dospe u pluća. Suv atmosferski vazduh izložen je zasićenoj vodenoj pari, na telesnoj temperaturi od (37 °C), i delimičnom pritisku vodene pare od 47 mmHg. U dušniku dakle parcijalni pritisak kiseonika iznosi (760 - 47) ili oko 150 mmHg.
  • Prolazeći kroz traheju ka alveolama, kiseonik se meša i sa ugljen-dioksidom. Tako da kada dođe do alveola gde se odvija proces difuzije parcijalni pritisak kiseonika postaje još manji.
  • Parcijalni pritisak ugljen-dioksida u alveolama iznosi oko 40 mmHg i parcijalni pritisak kiseonika u najnižoj tački respiratornog sistema dostiže konačnu vrednost koja predstavlja respiratorni koeficijent i iznosi 103 mmHg.
  • Difuzija kiseonika (i ugljen-dioksida u suprotnom smeru) odvija se na nivou od respiratornih bronhiola naniže. Ipak većina difuzije odvija se u alveolama, koje su praktično okružene krvnim kapilarima. Površina alveolarno-kapilarne mreže je velika, između 90 i 100 m2. Ako bi raširili alveole, dobili bi površinu koja pokriva dva teniska terena. Plućne membrana je izuzetno kompleksan sistem koji se sastoji od 6 slojeva. Uprkos velikom broju slojeva i izuzetnoj složenosti, ukupna debljina plućne membrane iznosi od 0,2-0,5 mikrometra. Ukupna količina krvi u plućnim kapilarima iznosi u proseku 60-140 ml. Difuzija u alveolama odvija se uz pomoć razlike pritiska kiseonika između alveola i krvi.
  • Kiseonik koji dospeva u alveole, ima parcijalni pritisak oko 100 mmHg.
  • U venskoj krvi koja se vraća u pluća parcijalni (pO2) kiseonika krvi je oko 40 mmHg.
  • Ova razlika pritiska omogućuje kiseoniku iz alveola, tj. da iz područja višeg pritisak da prelazi u kapilare u kojima je niža vrednost parcijalnog pritiska kiseonika.
Na razmenu gasova kroz plućne membrane utiču sledeći činioci
  • Debljina površine alveolarne membrane. Promena debljine i redukcija površine membrane znatno umanjuje difuzijski kapacitet pluća, što smanjuje količinu kiseonika i zasićenje hemoglobina u krvi i utiče na pojavu hipoksije. Ove promene nastaju kada se u alveolama često nakuplja tekućina, tj. kad postoji edem pluća, emfizem pluća zatim fibroza pluća, ali i mnoge druge bolesti pluća mogu dovesti do ovih poremećaja. Zadebljanje membrane može nastati i kao obrambena reakcija organizma na povećane vrednosti kiseonika u vazduhu npr., kod veštačkog disanja i inhalacije 100% kiseonika preko maske ili u respiratorima i hiperbarnim komorama.
  • Difuzijski kapacitet gasova. Difuzijski kapacitet gasova zavisi od stope difuzije nekog gasa koja je srazmeran njegovoj topljivosti i gradijentu pritiska (ugljen-dioksid, koji je bolje rastvoran nego kiseonik, ima bržu stopu difuzije).
  • Razlike u delimičnom (parcijalnom) pritisku gasova

Uloga eritrocita i hemoglobina u respiratornom procesu

Kada kiseonik dospe u alveole pluća, on prolazi tanku ćelijsku barijeru alveola i kreće sa prema plućnim kapilarama gde se u krvi veže u slabu vezu sa hemoglobinom. Dakle, dolazi do zasićenja hemoglobina u eritrocitima krvi kiseonikom.

Glavnu ulogu u ovom procesu obavljaju eritrociti, kojih u organizmu ima 25 000 milijardi. Pošto se kiseonik prenosi slobodnom difuzijom, potrebno je da eritrocit primi molekul kiseonika. Prisustvo hemoglobina u eritrocitima omogućava krvi da prenese 30-100 puta više kiseonika, nego što bi mogla da prenese da je kiseonik rastvoren u plazmi (svega 0,3%). U svakom molekulu hemoglobina su sadržana 4 atoma gvožđa, a svaki atom gvožđa veže jedan molekul kiseonika. Molekul hemoglobina tokom disanja menja svoj oblik, a to je najmanja molekularna struktura koja diše. Kada hemoglobin veže kiseonik - skuplja se, a kada otpušta kiseonik - širi se. To je paradoksalan proces u odnosu na onaj koji se događa u plućima. Hemoglobin pokazuje izuzetnu kompleksnost i fleksibilnost da bi odigrao ulogu stalnog koordinatora znatne količine kiseonika i uglen dioksida.

  • Ugljen-dioksid difuzijom iz krvi prelazi u alveole na isti način. Parcijalni pritisak ugljen-dioksida (pCO2) u venskoj krvi u kapilarima je oko 46 mmHg, u odnosu na pCO2 od 40 mmHg u alveoli. Pri prolasku kroz krvne kapilara pluća, CO2 se kreće iz područja višeg pCO2 u kapilari u područje niže vrednosti pCO2 u alveoli. Nakon ovoga CO2 tokom pasivne faze - izdisanja napušta telo.
  • Razmena kiseonika i ugljen-dioksida između tkiva i kapilara se odvija na isti način kao i između alveola i kapilara. U tkivu pritisak kiseonika pada s povećanjem udaljenosti od kapilara i najniži nivo se nalazi na sredini između dva kapilara.
  • Ako parcijalni pritisak kiseonika padne ispod 3 mmHg, u tkivima se razvija anaerobni metabolizam. Pod normalnim uslovima pritisak ugljen-dioksida (pC02) raste u tkivima i nastaje mlečna kiselina koja uzrokuje proširenje kapilara. U mišićima kapilari se mogu povećati i do 200 puta, a većina je kapilara proširena i za vreme mirovanja, za razliku od mozga čiji se kapilari mogu povećati samo 4 puta. To je razlog zašto se hipoksija prvo javlja u mozgu a tek na kraju u mišićima, kao i zašto reverzibilne (trajne) posledice u mozgu nastaju već nakon 5-10 minuta a u mišićima nakon 2 i više sati.
Parcijalni pritisak gasova u različitim delovima respiratornog i cirkulacionog sistema (mmHg)
Lokacija pO2 (mmHg) pCO2 (mmHg) pH2O (mmHg) pN2 (mmHg)
Udahnuti vazduh 158,0, 0,3 5,7 596,0
Alveolarni vazduh 100,0 40,0 47,0 573,0
Izdahnuti vazduh 116,0 32,0 47,0 565,0
Desno srce 40,0 46,0 47,0 573,0
Levo srce 95,0 40,0 47,0 573,0
Tkiva -40,0 +46,0 47,0 573,0

Funkcija disanja s promenom visine[uredi]

Količina kiseonika i ugljen-dioksida razmenjena difuzijom preko alveolo-kapilarne membrane i krvi zavisi pre svega od razlike parcijalnog pritiska kiseonika i ugljen-dioksida u alveolarnom pritisku i njihovog parcijalnog pritiska u venskom delu kapilara.

Taj pritisak, i njegova diferencijalna razlika bitna je za pravilnu saturaciju krvi kiseonikom posade aviona, jer s visinom pada zasićenje krvi kiseonikom, zbog snižavanja atmosferskog pritiska vazduha. Ovaj pad u zasićenju krvi kiseonikom može dovesti do hipoksije, koja je posledica smanjene količine kiseonika u tkivima tela.

Korelacija visine i zasićenja krvi kiseonikom
Visina (m) Atmosferski pritisak (mmHg) pАО2 (mmHg) pVO2 (mmHg) Razlika pritiska (mmHg) Zasićenje krvi kiseonikom (%)
na nivou mora 760 (664-803) 100 40 60 98
3.000 523 61 31 29 87
5.500 380 38 26 12 72
7.000 282 7 4 3 9
11.000 179 0 0 0 0

Funkcionalna podela atmosfere u odnosu na visinu[uredi]

Prema fiziološkom učinku dostignute visine na procese disanja u organizmu čoveka izvršena je sledeća podela atmosfere;

  • Indiferentna zona (do 1780 m) - do ove visine atmosfere u organizmu čoveka ne događaju se nikakve promene s visinom, bez obzira da li se radi o zdravom ili bolesnom organizmu.
  • Zona potpune kompenzacije (do 3000 m) - u ovoj zoni kod potpuno zdravih ljudi ne događaju se nikakve promene, ali kod bolesnika u ovoj zoni se mogu javiti prvi poremećaji izazvani nedostatkom kiseonika (hipoksija). Potpuno zdrava osoba do visine od 3000 metara može udisati samo običan vazduh, jer kompenzatorne fiziološki mehanizmi organizma (hiperventilacija, porast pulsa itd..) mogu nadoknaditi za sniženu vrednost pO2 do ove visine.
  • Zona nepotpune kompenzacije (od 3000 do 5000 m) - u ovoj zoni nastaju prvi psihofiziološki poremećaji u organizmu. Brzina nastanka promena u organizmu čoveka u znatno zavise od utreniranosti (aklimatizacije), fizičke kondicije, načina prehrane i zdravstvenog stanja.
  • Smrtna zona (iznad 5500 m) u kojoj nastaju teški psihofiziološki poremećaji do smrtnog ishoda.

Na manjim visinama (do 3000 metara) alveolarni parcijalni pritisak kiseonika (pO2) ne smanjuje se u tolikoj meri kao pO2 u atmosferi, jer smanjen pritisak kiseonika donekle nadoknađuje povećana ventilacija pluća i veće naprezanje kardiovaskularnog sistema. Međutim na većim visinama pO2 se daleko više smanjuje u alveolama pluća nego u atmosferskim vazduhu, zbog razređenja kiseonika u udahnutom vazduhu. Razlog za ovo smanjenja je;

  • Na velikim visinama ugljen-dioksid se stalno odstranjuje iz krvi plućnih kapilara u alveole i vrši razređenje zraka, (mada se na većim visinama zbog ubrzanog disanja smanjuje parcijalni pritisak ugljen-dioksida sa 5,3 kPa i snižava na približno 3,2 kPa).
  • Voda sa disajnih površina isparava u udahnuti vazduh i takođe razređuje alveolarni vazduh. Na normalnoj telesnoj temperaturi vodena para zadržava svoj stalni parcijalni pritisak od 6,3 kPa bez obzira na visinu.
Uticaj akutnog izklaganja niskom atmosferskom pritisku vazhuha na koncentraciju gasa u alveolama i zasićenja arterijske krvi kiseonikom.
Visina (m) Atmosferski pritisak (kPa) 2 u vazduhu (kPa) pCO2 u alveolama (kPa) рО2 u alveolama (kPa) Arterijsko zasićenje krvi kiseonikom
na nivou mora 101,3 21,2 5,3 13,9 0,97
3.000 69,7 14,7 4,8 8,9 0,90
6.000 46,5 9,7 3,2 5,3 0,73
9.000 30,1 6,3 3,2 2,8 0,30
12.000 18,8 3,9 3,2 1,6 0,15
15.000 11,6 2,4 3,2 0,3 0,02
  • Napomena: 1 atmosfera = 101,3 kPa, kPa (kilopaskal) = 1000 paskala. Jedan paskal, jednak je sili od jednog Njutna koja deluje na površini od jednog kvadratnog metra.

Ako pretpostavimo da barometarski pritisak padne na 13,3 kPa, od te vrednosti na parcijalni pritisak vodene pare (pH2O) otpada 6,3 kPa, za sve ostale gasove ostaje 7 kPa. (13,3-6,3 = 7). Na velikim visinama od 7 kPa, mora se oduzeti pritisak CO2 tako da u vazduhu ostaje svega 3,8 kPa (7-3,2 = 3,8) gasa. Pod uslovom da se kiseonik ne troši od 3,8 kPa treba oduzeti 4/5 koliko zauzima azot, tako da na pO2 otpada 0,8 kPa. Imajući u vidu da su do tog momenta tkiva izuzetno anoksična, značajnu količinu kiseonika apsorbiraće krv, tako da u plućima ostaje svega 0,26 kPa pritiska kiseonika, što je nedovoljno za normalan proces disanja. Na temelju ovoga zaključujemo da čovek na atmosferskom pritisku od 13,3 kPa, ne bi mogao da preživi ako bi udisao samo atmosferski vazduh.

  • Od visine 3.000 metara do visine od 12.200 metara, da ne bi došlo do poremećaja u organizmu zbog hipoksije, potrebno je započeti sa dopunskim udisanje 100% kiseonika.
  • Od visine od 12.200 metara udisanje kiseonika obavezno mora biti s dopunskim pritiskom (natpritiskom). Pritisak od 18,8 kPa uzima se kao donja granica disanja 100% kiseonika bez natpritiska.

Primer: na visini od 15.500 metara barometarski pritisak vazduha je 11,6 kPa, što je nedovoljno za normalan proces disanja, zato je potrebno udisanje 100% kiseonika pojačati i natpritiskom. Vrednost natpritiska možemo izračunati ako od donje granice pritiska na kojoj se obavlja proces disanja 100% kiseonika (18,8 kPa) oduzme vrednost pritiska na zadanoj visini (18,8-11,6 = 7,2 kPa). Sa ovim natpritiskom, od 7,2 kPa, postiže se vrednost parcijalnog pritiska kiseonika na visini od 15.500 metara koja osigurava zasićenje hemoglobina u krvi oko 90%.

Disanje pod povišenim pritiskom[uredi]

Disanje pod natpritiskom je veštačko povećanje smanjenog parcijalnog pritiska kiseonika u udahnutom vazduhu, kao jedna od osnovnih mera u borbi protiv smanjenog barometarskog pritiska atmosferskog vazduha i pojave hipoksije u telu pilota za vreme letenja na većim visinama.

Pritisak gasa ostvaruje se samo za vreme udisanja, dok tokom izdisanja vazduha nema. Na ovaj način je promenjen normalni respiratorni ciklus jer je sada udah pasivna faza a izdah aktivna faza. Tokom izdisanja potrebno je izvšiti određeni rad da bi se stvorio povećan negativan pritisak u grudnom košu, koji će istisnuti vazduh kako bi se pritisak izjednačio sa vanjskim. Dok disanje dovodi u pluća pozitivni pritisak ostali delovi tela su izloženi okolnom pritisku vazduha.

Disanje 100% kiseonika pod natpritiskom od 11,7 kPa osiguralo bi trajnu uspešnu zaštitu od hipoksije na bilo kojoj visini. Međutim ovako veliki natpritisak je neostvarljiv, jer dovodi do dekompresijske bolesti i fizioloških poremećaja u radu respiratornog sistema.

Mogućnosti disanja kiseonika pod natpritiskom nisu neograničene, te nakon prelaska vrednosti od 7,8 kPa dolazi do značajnih poremećaja u radu kardiovaskularnog i respiratornog sistema, a na većim pritiscima moglo bi doći i do rupture pluća.

Da bi se ovo sprečilo uvedena su specijalna odela sa natpritiskom koja stvaraju pritisak sa vanjske strane tela pilota, s ciljem da se vanjski pritisak izjednači s unutrašnjim pritiskom. Samo sa ovakvim odelom dobro se podnosi disanje pod natpritiskom i do 20,7 kPa.

Kako je disanje kiseonika pod natpritiskom veoma naporno, njegova primena nije preporučljiva tokom dužeg vremenskog perioda, a i sama oprema koja se koristi za tu namenu znatno otežava rad pilota. Zato su savremeni avioni tako konstruisani da su njihove kabine pod natpritiskom, što omogućava normalan rad pilota, a odelo se koristi samo u slučaju nastanka izvanredne situacije (rashermetizacija kabine na velikim visinama).

Zaštitna funkcije disanja na visini[uredi]

Kako bi čovek osigurao normalan proces disanja na visini on mora disanje nadopuniti nizom zaštitnih mera:

  • Aklimatizacija: dužim boravkom na visini iznad 3000 metara organizam se privikava smanjenom pritisku kiseonika pokretanjem čitavog niza fizioloških procesa u organizmu
  • Bavljenje sportom; uz pravilnu prehranu i povremeni boravak na visini povećava se disajni kapacitet organizma što ga čini otpornijim na smanjeni parcijalni pritisak kiseonika.
  • Pravilno doziran povećan unos ugljenih hidrata i belančevina; smanjuje toleranciju organizma i povećava njegovu izdržljivost na niskom parcijalnom pritisku kiseonika
  • Udisanje kiseonika: preko zaštitne maske, boravka u hermatizovanim kabinama aviona sa ili bez upotrebe specijalnog visinskog odela.

Reanimacija[uredi]

Reanimacija u slučaju nesreće[uredi]

U slučaju disfunkcije pluća i nedostatka rada srca, kod pacijenta se sprovodi reanimacija putem veštačkog disanja i masaže srca. Veštačko disanje se sprovodi usta na usta ili usta na nos (kao sto je gore opisano). Masaža srca se sprovodi tako što se dlan jedne ruke postavi na donjoj trećini grudnog koša te se druga ruka stavi preko nje. Vrši se pritisak od otprilike 3-4 cm u dubinu pri čemu često dolazi do loma prsnog mosta. U ovom slučaju dolazi do manjeg otpora te se jačina pritiska smanjuje. Reanimacija se započinje veštačkim disanjem te se nastavlja masažom srca u odnosu 2:15. Brzina reanimacije je određena prosečnom brzinom disanja te brzinom rada srca kod pacijenata u stabilnom stanju. Time se pri reanimaciji nastoji postići frekvencija disanja od oko 16 te srca između 60-80. Kod male dece frekvencija se povišuje na 20-22 disanja te do 200 otkucaja srca. Zbog manjeg grudnog koša kod dojenčadi i male dece, za masažu srca se ne koriste ruke nego samo dva prsta. Pritisak se vrši otprilike 1-2 cm u dubinu.

Defibrilacija[uredi]

Defibrilator sa EKG funkcijom

Za potrebu reanimacije u hitnim slučajevima, bolnice i vozila hitne pomoći upotrebljavaju defibrilator. Po vrsti rada on može biti automatski (peacemaker), poluautomatski ili manualni. Automatski defibrilatori su malih dimenzija te se koriste kod hroničnih oboljenja srca kao preventiva, te se nose stalno na ili u telu. Poluautomatski defibrilatori su u posljednjoj deceniji u većem delu evropskih zemalja uvedeni u sanitetske službe.

Ovakvi poluautomati spasiocu oduzimaju odluku kada da izvrši električni udar putem elektrokardiografskog merenja rada srca. Do električnog udara dolazi samo pri vidljivoj mišićnoj funkciji srčanih komora. Njihova upotreba je jednostavna i ne donosi opasnost za pacijenta. Manualni defibrilatori se koriste uglavnom u bolnicama. Odluku o električnom udaru u ovom slučaju donosi doktor. Eksterni defibrilatori električni udar donose putem elektroda najčešće zalepljenih ili postavljenih na grudni koš. Interni defibrilatori se koriste direktno na srcu putem dve elektrode pri operacijama ili transplatacijama. Za vreme ovakve vrste reanimacije, veštačko disanje se vrši putem ambuvrećice ili putem intubacije.

Izvori[uredi]

  1. 1,0 1,1 Raven, Peter; George Johnson; Mason, Kenneth; Jonathan Losos; Singer, Susan (2007). „The capture of oxygen: Respiration”. Biology (8th izd.). McGraw-Hill Science/Engineering/Math;. ISBN 978-0-07-322739-9. 
  2. 2,0 2,1 Patton, Kevin T.; Thibodeau, Gary A. (2009). Anatomy & Physiology (7th izd.). Mosby. ISBN 978-0-323-05532-1. 
  3. Tortora, Gerard J.; Anagnostakos, Nicholas P. (1987). Principles of anatomy and physiology (Fifth izd.). New York: Harper & Row, Publishers. str. 556—557, 570—572. ISBN 0-06-350729-3. 
  4. All You Need to Know About Inspiratory Muscles Part I | Swimming Science
  5. All You Need to Know About Inspiratory Muscles Part II Archived December 2, 2015, at the Wayback Machine.
  6. E. H. Huizing; J. A. M. de Groot (2003), Functional Reconstructive Nasal Surgery, str. 101, ISBN 978-1-58890-081-4 
  7. Swami Saradananda, The Power of Breath, Castle House: Duncan Baird Publishers, 2009
  8. Ramey CA, Ramey DN, Hayward JS. Dive response of children in relation to cold-water near drowning. J Appl Physiol 2001;62(2):665-8.Source: Diana Hacker (Boston: Bedford/St. Martin’s, 2002).Adapted from Victoria E. McMillan (Boston: Bedford/St. Martin’s, 2001). See it cited here „Archived copy” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) na datum 2007-07-05. Pristupljeno 2007-05-24. 

Literatura[uredi]

  • Raven, Peter; George Johnson; Mason, Kenneth; Jonathan Losos; Singer, Susan (2007). „The capture of oxygen: Respiration”. Biology (8th izd.). McGraw-Hill Science/Engineering/Math;. ISBN 978-0-07-322739-9.