Hingamissüsteem (gaasivahetus): definitsioon, ülesehitus ja protsessid

Hingamissüsteem (gaasivahetus): selge definitsioon, kopsude ülesehitus ja protsessid — hingamine, hapniku ja süsinikdioksiidi vahetus ning rakuhingamine.

Biokeemilise protsessi kohta vt hingamine.

Hingamissüsteem, mida nimetatakse ka gaasivahetussüsteemiks, tähendab, et keha vabaneb süsinikdioksiidist ja võtab hapnikku. Süsinikdioksiid, mis on jäätmeteke, väljub kehast. Hapnik, mida keha vajab, tuleb sisse. Kopsud on selle peamine organ.

Esimene samm selles protsessis on õhu sissehingamine ehk sissehingamine. Sissehingamine tähendab hapnikurikka õhu toomist kehasse. Väljahingamine tähendab süsinikdioksiidirikka õhu väljutamist kehast. Teine samm on gaasivahetus kopsudes, kus hapnik difundeerub verre ja süsihappegaas difundeerub verest välja. Kolmas protsess on rakuhingamine, mille käigus toodetakse keha rakkude jaoks vajalikku keemilist energiat ja süsinikdioksiidi. Lõpuks hingatakse rakuhingamisel tekkinud süsinikdioksiid kopsudest kehast välja.

Hingamisteede ülesehitus

Hingamisteed jagunevad üldiselt ülemisteks ja alumisteks hingamisteedeks:

• Ülemised hingamisteed: ninaõõs, neel (pharynx), kõri (larynx). Nina puhastab, soojendab ja niisutab sissehingatud õhku; siin paiknevad ka lõhna- ning kaitserefleksid (aevastamine).
• Alumised hingamisteed: hingetoru (trachea), bronhid, kopsutubulid ehk bronhioolid ja alveoolid — viimane on peamine gaasivahetuse koht. Alveoolid on väga õhukesese seinaga kotikesed, mis on ümbritsetud kapillaarvõrgustikuga.

Lisaks: pleura (kopsukelmed) võimaldab kopsudel libiseda rinnakorvi sisepinna vastu, kopsude ning rindkere kuju ja liikumine on tihedalt seotud diafragma ja vahelihastega.

Hingamisliigutuste mehhanism

Hingamine põhineb rõhukontrastsusel rindkeres. Inspiriatorne (sissehingamine) faas toimub peamiselt diafragma ja välimiste roietevaheliste lihaste kokkutõmbe tõttu, mis laiendavad rindkere mahtu ja vähendavad intrapulmonaarset rõhku — õhk voolab sisse. Tavaliselt on ekspriaatorne (väljapuhumine) faas passiivne, sest lihased lõõgastuvad ja kopsud taastavad oma elastse kuju; raske füüsilise koormuse ajal kaasnevad aktiivsed väljahingamislihased (sise-roietevahelised lihased, kõhulihased).

Gaasivahetus ja gaasi transport

Alveoolide õhukeses membraanis toimub gaasivahetus difusiooni teel — hapniku liikumine toimub kõrgemalt osarõhult madalamale (alveoolidest kapillaaridesse), samal ajal liigub CO2 vastupidises suunas. Hapnik transporditakse veres peamiselt hemoglobiini külge seotud kujul (oksühemoglobiinina) ja väike osa on lahustunud plasmaski. Süsinikdioksiid transporditakse verest kopsudesse kolmel põhivõimalusel:

• lahustununa plasmale (väike osa),
• seotuna hemoglobiiniga (karbamiidühendina),
• bikarbonaadina (CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3−), mille reaktsiooni kiirendab ensüüm carbonic anhydrase.

Füsioloogiliselt on olulised ka Bohr’i efekt (kõrgem CO2 ja madalam pH soodustavad O2 vabastamist kudedes) ja Haldane’i efekt (hapniku seondumine hemoglobiiniga vähendab CO2 seondumist hemoglobiiniga, soodustades CO2 eraldumist kopsudes).

Hingamise regulatsioon

Hingamist reguleerib peamiselt keskne närvisüsteem: medulla oblongata ja pons ajus. Autonoomse hingamise käigus jälgitakse kehasse sisenevat ja väljuvat gaasikontsentratsiooni:

• tsentraalsed kemoretseptorid ajutüves reageerivad peamiselt muutustele vere CO2 tasemes ja sellega seotud pH langusele;
• perifeersed kemoretseptorid kaelaarteri (karotissõlm) ja aordi keerdudes reageerivad madalale O2 tasemele, kõrgele CO2-le ja pH muutustele;
• liigutused ja emotsioonid (nt stress) mõjutavad hingamismustrit hüpotaalamuse ning kõrgemate ajukeskuste kaudu.

Kaitse- ja puhastussüsteemid

Hingamisteed on varustatud mitmete kaitsemehhanismidega: nina karvad ja limaskest püüavad suuremad osakesed, limakile ning tsiliaarne epiteel liigutavad setteid üles (mukosiliaarne eskalaator), köha ja aevastamine eemaldavad ärritajaid, immuunrakud kopsudes kaitsevad nakkuste vastu.

Levinumad haigused ja ennetus

Hingamissüsteemi häired on laialt levinud. Näited: astma, krooniline obstruktiivne kopsuhaigus (KOK), pneumoonia (kopsupõletik), kopsuemboolia, kopsufibroos ja uneapnoe. Ennetusena on olulised:

• tubaka- ja suitsetamisest loobumine,
• regulaarne liikumine ja hea üldine tervis,
• vaktsineerimine gripi ja pneumokoki vastu riskigruppidele,
• tööohutus õhukvaliteedi kaitsmiseks (tolm, kemikaalid).

Mõned mõõtmed ja terminid

• Tidal volume (TV) — rahuoleku hingetõmme (keskmiselt ~500 ml täiskasvanul).
• Vitalkapatsiteet (VC) — maksimaalne õhuhulk, mida saab sisse ja välja hingata pärast sügavat sisse- ja väljahingamist.
• Residuaalkogus — õhuhulk, mis jääb kopsudesse pärast maksimaalset väljahingamist.

Kokkuvõttes ühendab hingamissüsteem anatoomiat, füsioloogiat ja biokeemiat, tagades organismi hapnikuga varustamise ja süsinikdioksiidi kõrvaldamise — protsessid, mis on eluks hädavajalikud.

Küsimused ja vastused

K: Mis on hingamissüsteem?

K: Millised on selle protsessiga seotud peamised organid?

K: Mis on selle protsessi esimene samm?

K: Mis toimub gaasivahetuse käigus?

K: Kuidas toodab rakuhingamine rakkude jaoks energiat?

K: Kuhu läheb rakuhingamisel tekkiv süsihappegaas pärast selle tootmist?

Otsing