W tym wpisie na blogu skupimy się na strukturze i zasadach oddychania oraz przeanalizujemy proces, w którym powietrze jest przenoszone z pęcherzyków płucnych do krwiobiegu, co podtrzymuje życie.
Aby ludzie mogli żyć i wykonywać czynności, niezbędne jest dostarczanie tlenu do komórek i wydalanie dwutlenku węgla wytwarzanego przez metabolizm z organizmu. Proces ten nazywa się oddychaniem. Ruch powietrza z zewnątrz ciała do płuc nazywa się wdychaniem, a ruch z płuc na zewnątrz ciała nazywa się wydechem. Ten przepływ powietrza jest ściśle związany z różnicą ciśnień między płucami a atmosferą.
Aby to zrozumieć, najpierw musimy przyjrzeć się składnikom układu oddechowego zaangażowanym w ruch powietrza. Powietrze, które dostaje się przez nos i usta, przechodzi przez tchawicę i oskrzela i ostatecznie dostaje się do pęcherzyków płucnych. Powietrze, które przechodzi przez tchawicę i oskrzela, jest podgrzewane do temperatury ciała, nawilżane parą wodną i filtrowane w celu usunięcia substancji obcych. Zapobiega to uszkodzeniu pęcherzyków przez powietrze. Pęcherzyki płucne to worki powietrzne przymocowane do końców oskrzeli w płucach, jak kiście winogron, i to tam zachodzi wymiana gazowa. Tlen dostaje się do krwi przez cienkie ścianki pęcherzyków płucnych, a dwutlenek węgla przemieszcza się z krwi do pęcherzyków płucnych i jest wydychany z organizmu.
Płuca, które składają się z oskrzeli i pęcherzyków płucnych, znajdują się wewnątrz klatki piersiowej, otoczone jamą opłucnej. Jama klatki piersiowej składa się z kości, w tym żeber, i mięśni, takich jak mięśnie międzyżebrowe, które chronią płuca i są całkowicie oddzielone od jamy brzusznej przeponą. Ponadto jama opłucnej jest workiem całkowicie otoczonym przez dwie cienkie warstwy komórek zwane opłucną, a przestrzeń między opłucną jest wypełniona płynem opłucnowym. Wewnętrzna opłucna jest przyczepiona do płuc, a zewnętrzna opłucna jest przyczepiona do ściany klatki piersiowej, więc płyn opłucnowy ostatecznie zapobiega oddzieleniu się płuc i ściany klatki piersiowej od siebie. Jest to podobne do dwóch cienkich szklanych płyt sklejonych wodą, których nie można łatwo rozdzielić ze względu na siłę spójności wody.
Jaka jest więc zasada przepływu powietrza podczas oddychania? Jest to związane z prawem Boyle'a, które mówi, że wzrost objętości pojemnika zmniejsza ciśnienie gazu, podczas gdy zmniejszenie objętości pojemnika zwiększa ciśnienie gazu. Ciśnienie gazu wewnątrz pęcherzyków płucnych nazywane jest ciśnieniem pęcherzykowym, a ciśnienie powietrza na zewnątrz ciała nazywane jest ciśnieniem atmosferycznym. Zasadniczo powietrze przepływa z miejsc o wysokim ciśnieniu do miejsc o niskim ciśnieniu, więc gdy ciśnienie pęcherzykowe jest niższe lub wyższe od ciśnienia atmosferycznego, powietrze dostaje się do płuc lub z nich wychodzi. Innymi słowy, objętość płuc zmienia się podczas wdechu i wydechu, a ta zmiana powoduje zmianę ciśnienia pęcherzykowego zgodnie z prawem Boyle'a, powodując przepływ powietrza do płuc i z płuc.
Tymczasem zmiany objętości płuc są powodowane przez sprężysty odrzut, ujemne ciśnienie i ciśnienie śródopłucnowe. Po pierwsze, sprężysty odrzut i ujemne ciśnienie w płucach działają w przeciwnych kierunkach. Sprężysty odrzut to siła, która powoduje, że obiekt powraca do swojego pierwotnego kształtu w odpowiedzi na siłę, która powoduje jego odkształcenie. Płuca mają sprężysty odrzut, który jest tendencją do kurczenia się jak balon. W momencie, gdy kończy się wdech i zaczyna się wydech, ciśnienie pęcherzykowe jest równe ciśnieniu atmosferycznemu, więc nie ma ruchu powietrza. Jednak nawet w tym momencie płuca są zawsze wypełnione powietrzem, więc dodatnie ciśnienie również działa, aby rozszerzyć płuca. W tym momencie sprężysty odrzut i dodatnie ciśnienie płuc są równe co do wielkości, ale przeciwne co do kierunku, więc płuca utrzymują stałą objętość bez żadnego przepływu powietrza. Tutaj ujemne ciśnienie to ciśnienie pęcherzykowe pomniejszone o ciśnienie śródopłucnowe. Dlatego gdy zmienia się ciśnienie śródopłucnowe, zmienia się również ciśnienie ujemne, co powoduje różnicę między sprężystym odrzutem płuc a ciśnieniem ujemnym, co powoduje zmianę objętości płuc.
Ciśnienie wewnątrzopłucnowe odnosi się do ciśnienia płynu opłucnowego w jamie opłucnej, które zawsze zmienia się w zakresie ciśnienia atmosferycznego. Ściana klatki piersiowej, która jest ściśle przytwierdzona do zewnętrznej opłucnej, ma tendencję do przesuwania się na zewnątrz w kierunku przeciwnym do siły wywieranej przez ciśnienie atmosferyczne na ludzkie ciało. Nazywa się to sprężystym odrzutem ściany klatki piersiowej. Dlatego sprężysty odrzut ściany klatki piersiowej działa w kierunku przeciwnym do sprężystego odrzutu płuc, które są ściśle przytwierdzone do wewnętrznej opłucnej. W rezultacie płuca i ściana klatki piersiowej są nieznacznie od siebie oddzielone, a ciśnienie wewnątrzopłucnowe jest utrzymywane na poziomie ciśnienia atmosferycznego. W tym czasie, gdy objętość jamy opłucnowej zmienia się z powodu ruchu mięśni itp., zmienia się ciśnienie wewnątrzopłucnowe.
Na podstawie powyższego, procesy wdechu i wydechu są następujące. Wdech zaczyna się od skurczu przepony, która porusza się w dół, i ruchu mięśni międzyżebrowych, co powoduje ruch żeber w górę i na zewnątrz, rozszerzając jamę klatki piersiowej. W rezultacie ściana klatki piersiowej przesuwa się nieznacznie od powierzchni płuc, zwiększając objętość jamy opłucnej i obniżając ciśnienie śródopłucnowe nieznacznie poniżej poziomu, gdy nie ma przepływu powietrza. Zwiększa to ujemne ciśnienie w płucach, a gdy siła ta przekroczy sprężysty odrzut płuc, płuca rozszerzają się dalej. W rezultacie ciśnienie pęcherzykowe zmniejsza się w stosunku do ciśnienia atmosferycznego, a powietrze dostaje się do pęcherzyków płucnych z powodu różnicy ciśnień. Im większa objętość płuc, tym większa całkowita ilość powietrza, która dostaje się do płuc. Jednakże, ponieważ pęcherzyki mają ograniczoną zdolność do rozszerzania się i są połączone z otoczeniem, ciśnienie pęcherzykowe, które spadało, osiąga najniższy punkt mniej więcej w połowie wdechu, a następnie zaczyna ponownie wzrastać. Następnie ciśnienie pęcherzykowe staje się równe ciśnieniu atmosferycznemu, więc nie ma przepływu powietrza pod koniec wdechu, a objętość płuc staje się maksymalna. Wydech następuje po tej samej sekwencji co wdech, ale przepona porusza się w przeciwnym kierunku, a żebra poruszają się w przeciwnym kierunku, powodując skurcz klatki piersiowej. Zmiany ciśnienia opłucnowego i ciśnienia transpłucnego powodują następnie zmianę objętości płuc, umożliwiając ucieczkę powietrza z pęcherzyków przez drogi oddechowe do atmosfery.
Ten proces oddychania jest niezbędny do podtrzymywania życia. Poprzez oddychanie do organizmu dostarczany jest tlen, a dwutlenek węgla jest wydalany, co pozwala nam generować energię i wykonywać różne funkcje fizjologiczne. Ponadto oddychanie jest ściśle związane ze stabilnością psychologiczną. Głębokie, regularne oddychanie pomaga zmniejszyć stres i uspokoić umysł. Dlatego oddychanie jest uważane za ważny element w takich czynnościach jak medytacja i joga.
Znaczenie oddychania staje się jeszcze bardziej widoczne podczas ćwiczeń. Podczas ćwiczeń potrzebujemy więcej tlenu niż zwykle i musimy wydalić więcej dwutlenku węgla, więc nasz oddech staje się bardziej aktywny. Poznanie prawidłowych technik oddychania poprawia wydajność ćwiczeń i zmniejsza zmęczenie. Z drugiej strony, nieprawidłowe oddychanie może prowadzić do niedoboru tlenu w organizmie i gromadzenia się dwutlenku węgla, co może mieć niekorzystny wpływ na zdrowie.
Dlatego musimy uznać znaczenie normalnego oddychania i dążyć do nauki właściwych technik oddychania. To będzie promować zarówno nasze zdrowie fizjologiczne, jak i psychiczne. Oddychanie jest procesem, który zachodzi automatycznie, bez naszej świadomej uwagi, ale jest siłą życiową, która podtrzymuje życie. Nie możemy zapominać o znaczeniu oddychania i nadal zwracać na nie uwagę, aby mogło ono przynieść pozytywne zmiany w naszym życiu.
