Tässä blogikirjoituksessa keskitymme hengityksen rakenteeseen ja periaatteisiin ja tarkastelemme prosessia, jossa ilma siirtyy keuhkorakkuloista verenkiertoon elämän ylläpitämiseksi.
Jotta ihmiset voivat pysyä elossa ja suorittaa toimintoja, on välttämätöntä toimittaa happea soluihin ja poistaa aineenvaihdunnan tuottama hiilidioksidi kehosta. Tätä prosessia kutsutaan hengitykseksi. Ilman liikkumista kehon ulkopuolelta keuhkoihin kutsutaan sisäänhengitykseksi ja liikkumista keuhkoista kehon ulkopuolelle uloshengitykseksi. Tämä ilman virtaus liittyy läheisesti keuhkojen ja ilmakehän väliseen paine-eroon.
Ymmärtääksemme tämän meidän on ensin tarkasteltava hengityselimen osia, jotka osallistuvat ilman liikkumiseen. Nenän ja suun kautta tuleva ilma kulkee henkitorven ja keuhkoputkien läpi ja lopulta keuhkorakkuloihin. Henkitorven ja keuhkoputkien läpi kulkeva ilma lämmitetään ruumiinlämpöiseksi, kostutetaan vesihöyryllä ja suodatetaan vieraiden aineiden poistamiseksi. Tämä estää ilmaa vahingoittamasta keuhkorakkuloita. Keuhkorakkulat ovat keuhkopusseja, jotka ovat kiinnittyneet keuhkoputkien päihin keuhkoissa, kuten viinirypäleterttuja, ja niissä tapahtuu kaasujen vaihto. Happi pääsee vereen keuhkorakkuloiden ohuiden seinämien läpi, ja hiilidioksidi siirtyy verestä keuhkorakkuloihin ja poistuu kehosta uloshengitysilman kautta.
Keuhkot, jotka koostuvat keuhkoputkista ja keuhkorakkuloista, sijaitsevat rintakehän sisällä pleuraontelon ympäröimänä. Rintaontelo koostuu luista, mukaan lukien kylkiluut, ja lihaksista, kuten kylkivälilihaksista, jotka suojaavat keuhkoja ja ovat kokonaan erotettuja vatsaontelosta pallean avulla. Lisäksi pleuraontelo on pussi, jota ympäröi kokonaan kaksi ohutta solukerrosta, joita kutsutaan pleuraksi, ja pleuran välinen tila on täynnä pleuranestettä. Sisempi pleura on kiinnittynyt keuhkoihin ja ulompi pleura rintakehän seinämään, joten pleuraneste estää lopulta keuhkoja ja rintakehän seinämää irtoamasta toisistaan. Tämä on kuin kaksi ohutta lasilevyä, jotka ovat veden vaikutuksesta kiinni eivätkä ne ole helposti erotettavissa veden koheesiovoiman vuoksi.
Mikä on siis ilman virtauksen periaate hengityksen aikana? Tämä liittyy Boylen lakiin, jonka mukaan säiliön tilavuuden kasvu vähentää kaasun painetta, kun taas säiliön tilavuuden pieneneminen lisää kaasun painetta. Kaasun painetta keuhkorakkuloiden sisällä kutsutaan keuhkorakkuloiden paineeksi ja ilman painetta kehon ulkopuolella ilmakehän paineeksi. Yleensä ilma virtaa korkeapaineisista paikoista matalapaineisiin paikkoihin, joten kun keuhkorakkuloiden paine on alhaisempi tai korkeampi kuin ilmakehän paine, ilmaa tulee keuhkoihin tai poistuu niistä. Toisin sanoen keuhkojen tilavuus muuttuu sisään- ja uloshengityksen aikana, ja tämä muutos aiheuttaa keuhkorakkuloiden paineen muutoksen Boylen lain mukaisesti, jolloin ilma virtaa sisään ja ulos keuhkoista.
Samaan aikaan keuhkojen tilavuuden muutoksiin vaikuttavat elastinen palautuminen, alipaine ja keuhkopussin sisäinen paine. Ensinnäkin elastinen palautuminen ja keuhkojen alipaine vaikuttavat vastakkaisiin suuntiin. Elastinen palautuminen on voima, joka saa kappaleen palaamaan alkuperäiseen muotoonsa vasteena voimaan, joka aiheuttaa sen muodonmuutoksen. Keuhkoilla on elastinen palautuminen, joka tarkoittaa niiden taipumusta kutistua kuin ilmapallo. Sillä hetkellä, kun sisäänhengitys päättyy ja uloshengitys alkaa, alveolien paine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine, joten ilma ei liiku. Kuitenkin, jopa tällöin keuhkot ovat aina täynnä ilmaa, joten myös positiivinen paine laajentaa keuhkoja. Tällöin keuhkojen elastinen palautuminen ja positiivinen paine ovat suuruudeltaan yhtä suuret, mutta vastakkaisiin suuntiin, joten keuhkot ylläpitävät vakion tilavuuden ilman ilmavirtausta. Tässä negatiivinen paine on alveolien paine miinus keuhkopussin sisäinen paine. Siksi, kun keuhkopussin sisäinen paine muuttuu, myös negatiivinen paine muuttuu, mikä aiheuttaa eron keuhkojen elastisen palautumisen ja negatiivisen paineen välillä, mikä aiheuttaa keuhkojen tilavuuden muutoksen.
Keuhkopussin sisäinen paine tarkoittaa pleuranesteen painetta pleuraontelossa, joka vaihtelee aina ilmakehän paineen rajoissa. Rintakehän seinämä, joka on läheisesti kiinni ulompaan pleuraan, pyrkii liikkumaan ulospäin vastakkaiseen suuntaan kuin ilmakehän paine kohdistaa ihmiskehoon. Tätä kutsutaan rintakehän elastiseksi palautumiseksi. Siksi rintakehän elastinen palautuminen vaikuttaa vastakkaiseen suuntaan kuin keuhkojen elastinen palautuminen, jotka ovat läheisesti kiinni sisempään pleuraan. Tämän seurauksena keuhkot ja rintakehän seinämä ovat hieman erillään toisistaan, ja keuhkopussin sisäinen paine pysyy ilmakehän paineessa. Tällöin, kun keuhkopussin ontelon tilavuus muuttuu lihasliikkeen tms. vuoksi, myös keuhkopussin sisäinen paine muuttuu.
Edellä esitetyn perusteella sisään- ja uloshengityksen prosessit ovat seuraavat. Sisäänhengitys alkaa pallean supistumisella, joka liikkuu alaspäin, ja kylkivälilihasten liikkeellä, joka saa kylkiluut liikkumaan ylöspäin ja ulospäin laajentaen rintaonteloa. Tämän seurauksena rintakehän seinämä liikkuu hieman poispäin keuhkojen pinnasta, mikä lisää pleuraontelon tilavuutta ja laskee pleuraontelon sisäistä painetta hieman alle sen tason, jossa ilmavirtausta ei ole. Tämä lisää keuhkojen negatiivista painetta, ja kun tämä voima ylittää keuhkojen elastisen palautumisen, keuhkot laajenevat edelleen. Tämän seurauksena alveolien paine laskee suhteessa ilmakehän paineeseen, ja ilmaa pääsee alveoleihin paine-eron vuoksi. Mitä suurempi keuhkojen tilavuus on, sitä suurempi on keuhkoihin tulevan ilman kokonaismäärä. Koska alveoleilla on kuitenkin rajallinen kapasiteetti laajentua ja ne ovat yhteydessä ulkoiseen ilmaan, alveolien paine, joka oli aiemmin laskenut, saavuttaa alimman pisteensä suunnilleen sisäänhengityksen puolivälissä ja alkaa sitten uudelleen nousta. Tämän jälkeen alveolien paine on yhtä suuri kuin ilmakehän paine, joten sisäänhengityksen lopussa ilmavirtausta ei ole ja keuhkojen tilavuus on maksimissaan. Uloshengitys noudattaa samaa järjestystä kuin sisäänhengitys, mutta pallea liikkuu vastakkaiseen suuntaan ja kylkiluut vastakkaiseen suuntaan, mikä aiheuttaa rintakehän supistumisen. Keuhkopussin paineen ja transpulmonaalisen paineen muutokset aiheuttavat sitten keuhkojen tilavuuden muutoksen, jolloin ilma pääsee poistumaan alveoleista hengitysteiden kautta ilmakehään.
Tämä hengitysprosessi on välttämätön elämän ylläpitämiselle. Hengityksen kautta keho saa happea ja hiilidioksidia poistuu, mikä mahdollistaa energian tuottamisen ja erilaisten fysiologisten toimintojen suorittamisen. Lisäksi hengittäminen liittyy läheisesti psykologiseen vakauteen. Syvä, säännöllinen hengitys auttaa vähentämään stressiä ja rauhoittamaan mieltä. Siksi hengitystä pidetään tärkeänä osana esimerkiksi meditaatiota ja joogaa.
Hengityksen merkitys korostuu entisestään liikunnassa. Liikunnan aikana tarvitsemme tavallista enemmän happea ja meidän on poistettava enemmän hiilidioksidia, joten hengityksemme aktivoituu. Oikeiden hengitystekniikoiden oppiminen parantaa suorituskykyä ja vähentää väsymystä. Toisaalta väärä hengitys voi johtaa hapenpuutteeseen kehossa ja hiilidioksidin kertymiseen, millä voi olla haitallisia vaikutuksia terveyteen.
Siksi meidän on tunnistettava normaalin hengityksen tärkeys ja pyrittävä oppimaan oikeat hengitystekniikat. Tämä edistää sekä fysiologista että psyykkistä terveyttämme. Hengitys on prosessi, joka tapahtuu automaattisesti ilman tietoista huomioimistamme, mutta se on elintärkeä voima, joka ylläpitää elämää. Emme saa unohtaa hengityksen tärkeyttä ja jatkaa sen huomioimista, jotta se voi tuoda positiivisia muutoksia elämäämme.
