Toto je článek na pozadí pro další aspekty viz dýchání
Ve fyziologii lidí a zvířat je dýchání transportem kyslíku z okolního vzduchu do tkáňových buněk a transportem oxidu uhličitého opačným směrem. To je v kontrastu s biochemickou definicí dýchání, která odkazuje na buněčné dýchání: metabolický proces, při kterém organismus získává energii reakcí kyslíku s glukózou za účelem získání vody, oxidu uhličitého a ATP (energie). Ačkoli je fyziologické dýchání nezbytné pro udržení buněčného dýchání a tím i života u zvířat, procesy jsou odlišné: buněčné dýchání probíhá v jednotlivých buňkách zvířete, zatímco fyziologické dýchání se týká hromadného toku a transportu metabolitů mezi organismem a vnějším prostředím.
U jednobuněčných organismů stačí k výměně plynů prostá difúze: každá buňka se neustále koupe ve vnějším prostředí, jen na krátkou vzdálenost mohou plyny proudit. Naproti tomu složité mnohobuněčné organismy, jako je člověk, mají mnohem větší vzdálenost mezi prostředím a svými nejvnitřnějšími buňkami, a proto je pro účinnou výměnu plynů zapotřebí dýchací systém. Dýchací systém pracuje ve shodě s oběhovým systémem pro přenos plynů do a z tkání.
Všimněte si, že ventilace a přeprava plynu vyžadují energii pro pohon mechanických čerpadel (bránice, resp. srdce), na rozdíl od pasivní difúze, která probíhá v krocích výměny plynu.
Dýchací fyziologie je obor lidské fyziologie zabývající se dýcháním.
Dýchání, biologická funkce dýchací soustavy, kterou organismus absorbuje kyslík a likviduje oxid uhličitý. Viz následující subjekty:
Řízení ventilace (kontrola dýchání) se týká fyziologických mechanismů podílejících se na řízení fyziologické ventilace. Výměna plynů primárně řídí rychlost dýchání.
Nejdůležitější funkcí dýchání je výměna plynů (kyslíku a oxidu uhličitého). Kontrola dýchání se tedy soustřeďuje především na to, jak dobře toho plíce dosahují.
Řídící jednotka ventilace se skládá z procesoru (dýchací centrum v mozku), který integruje vstupy (emoční, chemické a fyzické podněty) a ovládá efektor (plíce) prostřednictvím motorických nervů vznikajících z míchy. U lidí dochází ke klidnému dýchání cyklickou kontrakcí inspiračních svalů, zejména bránice. Inhalace je normálně aktivní proces a výdech je pasivní. Při zvýšené ventilaci (přes 40 litrů za minutu), například při těžkém cvičení, se však do výdechu zapojí svalová aktivita. Za těchto okolností může práce s dýcháním v průběhu času přesáhnout rychlost metabolismu zbytku těla.
Vzorec neuronální střelby při dýchání lze rozdělit na inspirační a výdechovou fázi. Inspirace ukazuje náhlé zvýšení motorického výtoku do inspiračních svalů (včetně hltanových dilatátorových svalů). Před koncem inspirace dochází k poklesu motorického výtoku. Exhalace je obvykle tichá, s výjimkou vysokých minutových rychlostí ventilace.
Mechanismus generování ventilačního vzoru není zcela pochopen, ale zahrnuje integraci nervových signálů centry respirační kontroly v míše a v ponech. Jádra, o nichž je známo, že se na nich podílí, jsou rozdělena do oblastí známých jako:
• Koordinuje přechod mezi inhalací a výdechem
• Posílá inhibiční impulsy do inspirační oblasti
• Pneumatické centrum se podílí na jemném doladění dechové frekvence.
Větrání je normálně řízeno autonomním nervovým systémem, s pouze omezeným dobrovolným potlačením. Výjimkou je Ondinino prokletí, kde se autonomní ovládání ztrácí.
Determinanty ventilační rychlosti
Ventilační rychlost (minutový objem) je pevně kontrolována a určována především krevními hladinami oxidu uhličitého určenými metabolickou rychlostí. Krevní hladiny kyslíku se stávají důležitými při hypoxii. Tyto hladiny jsou snímány chemoreceptory v prodloužené míše pro pH, a karotická a aortální těla pro kyslík a oxid uhličitý. Afferentní neurony z karotických těl a aortálních těl jsou přes glozofaryngeální nerv (CN IX), respektive bloudivý nerv (CN X).
Hladiny CO2 stoupají v krvi, když se metabolické využití O2 zvýší nad kapacitu plic k vyloučení CO2. CO2 se ukládá převážně v krvi jako hydrogenuhličitanové (HCO3-) ionty, přeměnou nejprve na kyselinu uhličitou (H2CO3), enzymem karboanhydrázou a poté disociací této kyseliny na H+ a HCO3-. Nahromadění CO2 proto způsobuje ekvivalentní nahromadění disociovaného vodíkového iontu, který z podstaty snižuje pH krve.
Při mírném cvičení se ventilace zvyšuje úměrně k metabolické produkci oxidu uhličitého. Při namáhavém cvičení se ventilace zvyšuje více, než je potřeba ke kompenzaci produkce oxidu uhličitého. Kyselina mléčná produkovaná během anaerobního metabolismu snižuje pH a tím zvyšuje dýchání. Při aerobním metabolismu se vytváří jedna molekula kyseliny (CO2) za účelem vytvoření 6 molekul nosiče energie ATP, zatímco při anaerobním metabolismu se vytváří 6 molekul kyseliny mléčné za účelem poskytnutí stejného množství energie.
Mechanická stimulace plic může vyvolat určité reflexy, jak bylo objeveno ve studiích na zvířatech. U lidí se zdá, že jsou důležitější u novorozenců a ventilovaných pacientů, ale mají malý význam pro zdraví. Má se za to, že tón dýchacího svalu je modulován svalovými vřeteny pomocí reflexního oblouku zahrnujícího míchu.
Léky, například léky stimulující dýchání, mohou výrazně ovlivnit kontrolu dýchání. Opioidy a anestetika mají tendenci potlačovat ventilaci, zejména s ohledem na reakci oxidu uhličitého. Stimulanty, jako jsou amfetaminy, mohou způsobit hyperventilaci.
Těhotenství má tendenci zvyšovat ventilaci (snižuje plazmatické napětí oxidu uhličitého pod normální hodnoty). To je způsobeno zvýšenou hladinou progesteronu a výsledkem je zvýšená výměna plynů v placentě.
Ventilace je dočasně upravena dobrovolnými úkony a komplexními reflexy, jako je kýchání, kašel a zvracení.
Receptory hrají důležitou roli v regulaci dýchání; centrální a periferní chemoreceptory a mechanoreceptory.
Kromě mimovolní kontroly dýchání respiračním centrem může být dýchání ovlivněno podmínkami, jako je emoční stav, prostřednictvím vstupu z limbického systému nebo teplota, prostřednictvím hypothalamu. Dobrovolná kontrola dýchání je poskytována prostřednictvím mozkové kůry, i když chemoreceptorový reflex je schopen přehlušit vědomou kontrolu.
Klasifikace respirace
Existuje několik způsobů, jak klasifikovat fyziologii dýchání: