Układ oddechowy - Biologia na czasie 2 (ZP)

1.Oddychanie - procesy, które się na nie składają

Czynność życiowa, dzięki której organizm uzyskuje energię niezbędną do życia. Składają się na nią: wentylacja płuc i wymiana gazowa, transport gazów oddechowych i składników pokarmowych przez krew (układ krążenia) oraz oddychanie tlenowe w komórkach. Układ oddechowy współpracuje przy tym z układem krwionośnym i pokarmowym.

2.Oddychanie tlenowe (komórkowe)

Utlenianie składników pokarmowych, głównie glukozy, z udziałem tlenu w komórkach ciała. Główne etapy zachodzą w mitochondriach, a produktami są dwutlenek węgla, woda i energia magazynowana w postaci ATP: glukoza + tlen → dwutlenek węgla + woda + energia.

3.Budowa układu oddechowego

Układ oddechowy składa się z dróg oddechowych, które doprowadzają powietrze do płuc (jama nosowa, gardło, krtań, tchawica, oskrzela), oraz z płuc, w których między pęcherzykami płucnymi a krwią zachodzi wymiana gazowa.

4.Błona śluzowa dróg oddechowych

Wyściela narządy dróg oddechowych. Jest zbudowana m.in. z nabłonka z rzęskami (nabłonka orzęsionego), który produkuje śluz. Śluz zatrzymuje zanieczyszczenia, a ruch rzęsek usuwa je z dróg oddechowych.

5.Jama nosowa - budowa a funkcje

Jest podzielona przegrodą nosa na dwie części. Naczynia krwionośne błony śluzowej ogrzewają powietrze, gruczoły śluzowe je nawilżają, a włosy w początkowej części jamy nosowej i rzęski nabłonka oczyszczają je z zanieczyszczeń. W jamie nosowej są też receptory węchowe.

6.Gardło

Wspólny odcinek dróg oddechowych i przewodu pokarmowego - prowadzi zarówno do krtani, jak i do przełyku. Do gardła trafia powietrze z jamy nosowej.

7.Krtań i powstawanie głosu

Krtań jest zbudowana z dziewięciu połączonych ze sobą chrząstek i jest narządem głosu. Głos powstaje w części krtani zwanej głośnią, w której znajdują się fałdy głosowe - powietrze przepływające przez szparę głośni wywołuje ich drgania.

8.Nagłośnia

Chrząstka krtani, która oddziela drogi oddechowe od przełyku. Podczas połykania odgina się i zamyka wejście do krtani i tchawicy, dzięki czemu kęs pokarmu trafia do przełyku. Mówienie lub śmiech w trakcie jedzenia może zaburzyć ten mechanizm i spowodować zadławienie.

9.Tchawica

Przewód o długości ok. 10-15 cm, który transportuje powietrze do oskrzeli. Jego rusztowanie tworzą chrząstki w kształcie podkowy - zapobiegają zapadaniu się ścian i zapewniają drożność dróg oddechowych. Tchawica rozgałęzia się na dwa oskrzela główne.

10.Oskrzela (drzewo oskrzelowe)

Oskrzela główne wnikają do płuc i rozgałęziają się na coraz mniejsze oskrzela, a potem na oskrzeliki i oskrzeliki końcowe. Doprowadzają powietrze bogate w tlen do pęcherzyków płucnych, a po wymianie gazowej usuwają z płuc powietrze o wyższym stężeniu dwutlenku węgla. Przypominają gałęzie drzewa, stąd nazwa drzewo oskrzelowe.

11.Płuca

Parzysty narząd położony w klatce piersiowej, w którym zachodzi wymiana gazowa. Prawe płuco ma trzy płaty, a lewe - dwa. Każde płuco otacza podwójna błona - opłucna. Płuca mają strukturę przypominającą gąbkę, bo tworzy je ok. 300 mln pęcherzyków płucnych.

12.Pęcherzyki płucne - budowa a funkcja

Są zbudowane z jednowarstwowego nabłonka płaskiego (nabłonka oddechowego) i oplecione gęstą siecią naczyń włosowatych o ścianach z takiego samego nabłonka. Cienkie ściany ułatwiają dyfuzję gazów oddechowych, a ogromna liczba pęcherzyków zwiększa powierzchnię wymiany gazowej.

13.Wentylacja płuc i mięśnie oddechowe

Wentylacja płuc to wymiana powietrza w płucach zachodząca dzięki rytmicznym wdechom i wydechom. Umożliwiają ją mięśnie oddechowe: przepona - płaski mięsień oddzielający klatkę piersiową od jamy brzusznej, oraz mięśnie międzyżebrowe położone między żebrami.

14.Wdech - przebieg

Faza czynna wentylacji, bo polega na skurczu mięśni. Mięśnie międzyżebrowe kurczą się i unoszą klatkę piersiową, a przepona kurczy się i obniża. Objętość klatki piersiowej zwiększa się, ciśnienie w pęcherzykach płucnych spada i powietrze napływa do płuc.

15.Wydech - przebieg

Faza bierna wentylacji, bo mięśnie się rozluźniają. Mięśnie międzyżebrowe rozkurczają się i klatka piersiowa opada, a przepona rozkurcza się i podnosi. Objętość klatki piersiowej zmniejsza się, ciśnienie w pęcherzykach płucnych rośnie i powietrze wydostaje się z płuc.

16.Pojemność płuc

Całkowita pojemność płuc to maksymalna ilość powietrza mieszcząca się w płucach - u zdrowego dorosłego ok. 5 l; zależy m.in. od rozmiarów ciała, stanu zdrowia, wieku i płci. Przy spokojnym wdechu lub wydechu wymienia się ok. 0,5 l powietrza, a przy maksymalnym wdechu poprzedzonym maksymalnym wydechem - ok. 4 l.

17.Wymiana gazowa i jej rodzaje

Proces, w którym do organizmu jest dostarczany tlen, a usuwany z niego dwutlenek węgla. Zachodzi na zasadzie dyfuzji, czyli transportu substancji zgodnego z różnicą stężeń i bez nakładu energii. Wyróżniamy wymianę gazową zewnętrzną (w płucach) i wewnętrzną (w tkankach).

18.Wymiana gazowa zewnętrzna

Zachodzi w płucach, między krwią a pęcherzykami płucnymi, dzięki wentylacji płuc. Do płuc wpływa krew odtlenowana: tlen dyfunduje z pęcherzyków do krwi i wiąże się z hemoglobiną, a dwutlenek węgla przenika z krwi do światła pęcherzyków i jest wydychany. Natlenowana krew rozprowadza tlen do tkanek.

19.Wymiana gazowa wewnętrzna

Zachodzi w tkankach, między komórkami tworzącymi tkanki a krwią. Tlen dyfunduje z krwi do komórek (np. włókien mięśniowych), które zużywają go w oddychaniu tlenowym, a powstający dwutlenek węgla przenika z komórek do krwi. Krew odtlenowana wraca do serca, a potem do płuc. Wymiana gazowa wiąże się z dwoma obiegami krwi: płucnym i ustrojowym.

20.Skład powietrza wdychanego i wydychanego

Powietrze wdychane: azot 78%, tlen 21%, dwutlenek węgla 0,03%, inne składniki 0,97% (w tym para wodna 0,04%). Powietrze wydychane: azot 78%, tlen 16%, dwutlenek węgla 4,5%, inne 1,5% (w tym para wodna 0,57%). Różnice wynikają z wymiany gazowej.

21.Transport tlenu we krwi

Tlen transportują głównie czerwone krwinki (erytrocyty). Tlen przenika z pęcherzyków płucnych do naczyń krwionośnych, rozpuszcza się w osoczu i dyfunduje do erytrocytów, gdzie wiąże się z hemoglobiną. Ta reakcja jest odwracalna, więc w tkankach tlen zostaje oddany. Zapotrzebowanie na tlen zależy m.in. od masy ciała, warunków klimatycznych, aktywności fizycznej i stanu fizjologicznego, np. ciąży.

22.Hemoglobina - budowa

Białko czerwonych krwinek transportujące tlen i dwutlenek węgla. Składa się z czterech podjednostek białkowych, a każda z nich zawiera jedną cząsteczkę hemu z jonem żelaza $\ce{Fe^2+}$ w centrum. Tlen wiąże się z jonami żelaza (jedna cząsteczka hemoglobiny przenosi cztery cząsteczki tlenu), a dwutlenek węgla - z łańcuchami białkowymi.

23.Utlenowanie i oksyhemoglobina

Utlenowanie to wiązanie tlenu z hemoglobiną. Nie jest to utlenianie, ponieważ wartościowość żelaza się nie zmienia. W wyniku utlenowania powstaje oksyhemoglobina; reakcja jest odwracalna.

24.Transport dwutlenku węgla we krwi

Dwutlenek węgla powstaje w tkankach w oddychaniu tlenowym. Przenika do krwi, rozpuszcza się w osoczu i wnika do erytrocytów, gdzie jest przekształcany w jony wodorowęglanowe $\ce{HCO3-}$. Część jonów przenika do osocza - to główna postać transportowa dwutlenku węgla; część CO2 wiąże się z białkami, głównie z hemoglobiną. W płucach zachodzą reakcje odwrotne i CO2 jest wydychany.

25.Choroba wysokościowa i choroba dekompresyjna

W wysokich górach ciśnienie atmosferyczne, a więc i ciśnienie tlenu w pęcherzykach, maleje, co utrudnia wymianę gazową i może wywołać chorobę wysokościową z obrzękiem płuc i mózgu. Na dużych głębokościach azot rozpuszcza się we krwi nurka; zbyt szybkie wynurzanie powoduje gwałtowne uwalnianie pęcherzyków azotu, które uszkadzają tkanki i blokują naczynia - to choroba dekompresyjna.

26.Zanieczyszczenia powietrza - najbardziej szkodliwe

Związki gazowe lub pyłowe w powietrzu atmosferycznym, które nie są jego naturalnymi składnikami. Najbardziej szkodzą: tlenki azotu i tlenki siarki (z wodą tworzą kwaśne opady), benzopiren (silnie rakotwórczy, m.in. w spalinach) oraz pyłowe zanieczyszczenia powietrza, czyli pyły zawieszone.

27.Pyły zawieszone PM10 i PM2,5

Drobne cząstki zawieszone w powietrzu, pochodzenia naturalnego (np. pyłki drzew, pyły wulkaniczne) lub z działalności człowieka. Pyły PM10 (średnica do 10 µm) zawierają substancje toksyczne i osadzają się na powierzchni płuc. Pyły PM2,5 (średnica do 2,5 µm) przenikają przez powierzchnię pęcherzyków płucnych do krwi.

28.Źródła zanieczyszczeń powietrza i niska emisja

Główne źródła zanieczyszczeń powietrza to domowe piece grzewcze, transport samochodowy, zakłady energetyczne i zakłady przemysłowe. W Polsce przeważają gospodarstwa domowe i transport samochodowy, które powodują niską emisję - emisję pyłów i gazów unoszących się do wysokości 40 m. Odpowiada ona za ponad 50% zanieczyszczeń pyłami PM10 i ponad 80% pyłami PM2,5.

29.Smog i pyłowe zanieczyszczenia - wpływ na zdrowie

Smog to zanieczyszczenia powietrza wymieszane z cząsteczkami mgły, czyli pary wodnej. Smog i pyły zawieszone zwiększają ryzyko nowotworów (głównie płuc i dróg oddechowych) i chorób układu krążenia, powodują przewlekłe infekcje, bezsenność i bóle głowy, choroby układu oddechowego (astmę oskrzelową, POChP) oraz obniżają odporność; nasilają też objawy astmy.

30.Czad - tlenek węgla(II)

Tlenek węgla(II) ($\ce{CO}$), zwany czadem, to bezbarwny i bezwonny gaz powstający przy spalaniu węgla i innych paliw w niedostatecznej ilości tlenu, np. w wadliwych urządzeniach grzewczych lub przy niesprawnej wentylacji. Łączy się z hemoglobiną dużo łatwiej niż tlen i uniemożliwia transport tlenu, co prowadzi do niedotlenienia. Objawy zatrucia to m.in. ból i zawroty głowy, mdłości, brak tchu, omdlenia i utrata przytomności; ciężkie zatrucie może zakończyć się śmiercią.

31.Skutki palenia papierosów

Palenie zwiększa ryzyko nowotworów płuc i dróg oddechowych (np. krtani), prowadzi do niewydolności oddechowej związanej z POChP, sprzyja nadciśnieniu, miażdżycy i zawałowi serca, niedotlenieniu mózgu, pogorszeniu pamięci i udarowi, wrzodom żołądka, nowotworom przewodu pokarmowego, nerek i pęcherza moczowego, osteoporozie i bezpłodności. Szkodzi także biernym palaczom i skraca życie średnio o 10 lat.

32.Składniki dymu tytoniowego

Dym tytoniowy zawiera ponad 4 tys. substancji drażniących, trujących i rakotwórczych, m.in. nikotynę (silna trucizna), tlenek węgla (powoduje niedotlenienie), substancje smoliste (występujące w ropie naftowej), kadm (występujący w bateriach), aceton (składnik zmywacza do paznokci) i naftalinę (składnik środków odstraszających owady).

33.E-papierosy - dlaczego budzą kontrowersje

W e-papierosie nie zachodzi spalanie - podgrzewany jest roztwór gliceryny lub glikolu propylenowego z nikotyną i substancjami aromatyzującymi, dlatego część osób uważa je za zdrowszą alternatywę. Nie są jednak wolne od szkodliwych składników: zawierają szkodliwą nikotynę, silnie toksyczny benzen i substancje aromatyzujące, które po podgrzaniu działają szkodliwie.

34.RTG klatki piersiowej

Prześwietlenie klatki piersiowej kontrolowanymi dawkami promieniowania rentgenowskiego; tkanka, która pochłania mniej promieniowania, jest na zdjęciu ciemniejsza. Przed zdjęciem badany wykonuje maksymalnie głęboki wdech i zatrzymuje powietrze. Służy do profilaktyki chorób płuc i wykrywania m.in. nowotworów układu oddechowego, zapalenia płuc i gruźlicy płuc.

35.Spirometria

Nieinwazyjne badanie, w którym pacjent oddycha przez ustnik podłączony do urządzenia mierzącego objętość wdychanego i wydychanego powietrza. Pozwala ocenić pojemność, pracę i wydajność płuc; stosuje się ją m.in. w diagnostyce astmy oskrzelowej i przewlekłej obturacyjnej choroby płuc (POChP).

36.Nieżyt nosa (katar)

Zapalenie błony śluzowej nosa, często objaw innych chorób, np. przeziębienia lub grypy. Przyczyny: najczęściej zakażenie wirusami, czynniki środowiskowe drażniące błonę śluzową lub alergeny; choroba zakaźna szerzy się zwykle drogą kropelkową. Profilaktyka: ubiór dopasowany do pogody, unikanie kontaktu z chorymi i z alergenami.

37.Przeziębienie a grypa

Obie choroby wywołują wirusy (przeziębienie m.in. rinowirusy, grypę - odmiany wirusa grypy) i szerzą się głównie drogą kropelkową. Przeziębienie rozwija się stopniowo, zwykle z temperaturą poniżej 38°C, silnym katarem i łagodnym zmęczeniem. Grypa zaczyna się gwałtownie, z wysoką gorączką (często powyżej 39°C), bólami mięśni, dreszczami, lekkim katarem i dużym zmęczeniem; może dawać powikłania i wywoływać epidemie, a ryzyko zachorowania zmniejszają szczepienia ochronne.

38.Angina

Zapalenie migdałków podniebiennych. Wywołują je bakterie - najczęściej paciorkowce - a także wirusy lub grzyby; szerzy się głównie drogą kropelkową. Profilaktyka: unikanie kontaktu z chorymi, leczenie chorych zębów i uszu, odpowiedni ubiór (osłonięta szyja w chłodne dni) i unikanie zimnych potraw i napojów.

39.Gruźlica płuc

Choroba wywoływana przez bakterie - prątki gruźlicy. Zakażenie następuje drogą kropelkową oraz drogą pokarmową, np. przez picie mleka od krowy chorej na gruźlicę. Profilaktyka: szczepienia ochronne, unikanie kontaktu z chorymi ludźmi i zwierzętami, dbałość o higienę osobistą.

40.Rak płuc

Najczęstszy nowotwór złośliwy i najczęstsza przyczyna zgonów z powodu nowotworów, częstszy u mężczyzn. Przyczyną są zmiany w materiale genetycznym. Główne czynniki ryzyka: palenie (także bierne), skłonności genetyczne, inne choroby (POChP, gruźlica), zanieczyszczenia powietrza i toksyczne materiały, głównie azbest. Profilaktyka: niepalenie, unikanie dymu i zanieczyszczonego powietrza, okresowe RTG klatki piersiowej.