13.3 : Oddychanie i wymiana gazowa

Skomplikowane współdziałanie układu sercowo-naczyniowego i oddechowego ma kluczowe znaczenie dla skutecznego transportu gazów oddechowych po całym organizmie. Przyjrzyjmy się wieloaspektowym funkcjom układu sercowo-naczyniowego, podkreślając jego kluczową rolę w wymianie gazowej.

Oddychanie polega na wymianie gazów, zwłaszcza tlenu (O2) i dwutlenku węgla (CO2), pomiędzy pęcherzykami płucnymi a komórkami ciała, procesowi wspomaganemu przez krążenie krwi. W rezultacie układ sercowo-naczyniowy, w skład którego wchodzą serce i naczynia krwionośne, jest niezbędny do sprawnej wymiany gazowej. Zacznijmy od zbadania anatomii serca.

Serce, pompa mięśniowa w kształcie stożka, jest centralnym narządem układu sercowo-naczyniowego. Ma cztery puste komory: dwa przedsionki na górze i dwie komory poniżej. Przedsionki (liczba pojedyncza: przedsionek) to wloty, do których trafia krew z żył, którymi są żyła główna górna i dolna oraz lewa i prawa żyła płucna. Komory są wylotami, z dużą siłą pompując natlenioną krew przez tętnice, w tym tętnice płucne i aortę. Tętnice dostarczają do organizmu krew bogatą w tlen i przenoszą odtlenioną krew do płuc w celu natlenienia.

Unikalna budowa serca, z zastawkami jednokierunkowymi na wejściach (trójdzielnej i mitralnej) oraz na wyjściach (płucnej i aorcie) każdej komory, zapewnia przepływ krwi we właściwym kierunku, zapobiegając przepływowi wstecznemu i utrzymując sprawność układu.

Rozbudowana sieć naczyń krwionośnych tworzy obwód zamknięty, ułatwiający transport krwi pomiędzy sercem a komórkami organizmu. Tętnice i tętniczki transportują krew z serca, kierując ją do naczyń włosowatych, podczas gdy żyły i żyły odprowadzają krew do przedsionków.

Kapilary, najmniejsze naczynia krwionośne, odgrywają kluczową rolę w wymianie substancji między krwią a komórkami ciała. W płucach odtleniona krew – uboga w tlen i bogata w dwutlenek węgla – przemieszcza się z prawej strony serca do płuc. Tutaj, w pęcherzykach płucnych, O2 z wdychanego powietrza przedostaje się do krwi, podczas gdy CO2, produkt przemiany materii, dyfunduje z krwi do pęcherzyków płucnych, gdzie jest wydychany. Pęcherzyki pokryte są delikatną warstwą płynu powierzchniowo czynnego, bez którego pęcherzyki zapadłyby się. Surfaktant wytwarzany przez komórki pęcherzyków płucnych zmniejsza napięcie powierzchniowe płynu, zapobiegając zapadaniu się pęcherzyków płucnych i ułatwiając wymianę gazową. Po pobraniu tlenu i uwolnieniu dwutlenku węgla bogata w tlen krew wraca do lewej strony serca. Ta natleniona krew, obecnie o niskiej zawartości dwutlenku węgla, krąży po całym organizmie, dostarczając tlen do różnych tkanek.

Zrozumienie transportu tlenu wymaga również poznania roli osocza i czerwonych krwinek (erytrocytów). Chociaż niewielka ilość tlenu rozpuszcza się w osoczu, większość wiąże się z hemoglobiną w czerwonych krwinkach w postaci oksyhemoglobiny ze względu na duże powinowactwo hemoglobiny do tlenu. Hemoglobina przenosi również dwutlenek węgla, głównie w postaci karboksyhemoglobiny.

Podczas oddychania wewnętrznego tlen [O2] i dwutlenek węgla [CO2] wymieniane są pomiędzy komórkami tkanek i krwią. Wszelkie nieprawidłowości w składzie krwi mogą znacząco wpłynąć na ten proces. Na przykład krwotok charakteryzujący się nadmiernym krwawieniem, zmniejsza pojemność minutową serca i zmniejsza ilość krwi dostępnej do dostarczenia tlenu. Może to prowadzić do niedotlenienia tkanek – stanu, w którym tkanki organizmu nie otrzymują wystarczającej ilości tlenu. Innym schorzeniem jest anemia, która charakteryzuje się zmniejszeniem liczby erytrocytów, co prowadzi do niedostatecznej ilości hemoglobiny do transportu tlenu i niedostatecznego utlenowania tkanek. Z drugiej strony regularne ćwiczenia poprawiają wydolność mięśnia sercowego i zwiększają ilość tlenu dostarczanego do tkanek. Inne schorzenia, takie jak choroby układu oddechowego lub duża wysokość, również mogą wpływać na wymianę gazową, podkreślając delikatną równowagę wymaganą do utrzymania homeostazy.