Proces dýchání, vstup kyslíku do těla při nádechu a odvod oxidu uhličitého a vodní páry z něj při výdechu. Stavba dýchacího systému. Rytmus a různé typy dechového procesu. Regulace dýchání. Různé způsoby dýchání.
Pro normální průběh metabolických pochodů v těle lidí i zvířat je stejně nezbytný jak neustálý tok kyslíku, tak neustálé odstraňování oxidu uhličitého, který se hromadí při metabolismu. Tento proces se nazývá vnější dýchání.
Dech je soubor procesů, které zajišťují, že tělo spotřebovává kyslík a uvolňuje oxid uhličitý.
To znamená, že dech – jedna z nejdůležitějších funkcí regulace života lidského těla. V lidském těle zajišťuje funkci dýchání dýchací systém.
Dýchací systém zahrnuje plíce a dýchací cesty (dýchací cesty), které dále zahrnují nosní cesty, hrtan, průdušnici, průdušky, malé průdušky a alveoly (viz obrázek 1.5.3). Průdušky se rozvětvují, šíří se po celém objemu plic a připomínají korunu stromu. Proto se průdušnice a průdušky se všemi jejími větvemi často nazývají bronchiální strom.
Kyslík ve vzduchu vstupuje do plic nosními průchody, hrtanem, průdušnicí a průduškami. Konce nejmenších průdušek končí mnoha tenkostěnnými plicními váčky – alveoly (viz obrázek 1.5.3).
Alveoly jsou 500 milionů bublinek o průměru 0,2 mm, kudy přechází do krve kyslík a z krve se odstraňuje oxid uhličitý.
Zde dochází k výměně plynu. Kyslík z plicních váčků proniká do krve a oxid uhličitý z krve vstupuje do plicních váčků (obrázek 1.5.4).
Obrázek 1.5.4. Plicní vezikula. Výměna plynů v plicích
Nejdůležitějším mechanismem výměny plynů je difúze, ve kterém se molekuly pohybují z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkým obsahem bez vynaložení energie (pasivní doprava). Přenos kyslíku z prostředí do buněk se provádí transportem kyslíku do alveolů, poté do krve. Žilní krev je tedy obohacena kyslíkem a mění se v arteriální krev. Proto se složení vydechovaného vzduchu liší od složení venkovního vzduchu: obsahuje méně kyslíku a více oxidu uhličitého než venkovní vzduch a hodně vodní páry (viz obrázek 1.5.4). Kyslík se váže na hemoglobin, který je obsažen v červených krvinkách, se okysličená krev dostává do srdce a je tlačena do systémového oběhu. Prostřednictvím ní krev přenáší kyslík do všech tkání těla. Přísun kyslíku do tkání zajišťuje jejich optimální fungování, při nedostatečném zásobování je pozorován proces kyslíkového hladovění (hypoxie).
Nedostatečný přísun kyslíku může mít více příčin, a to jak vnějších (snížený obsah kyslíku ve vdechovaném vzduchu), tak vnitřních (stav těla v danou chvíli). V důsledku zhoršování ekologické situace a znečištění ovzduší je pozorován snížený obsah kyslíku ve vdechovaném vzduchu, ale i zvýšení obsahu oxidu uhličitého a dalších škodlivých toxických látek. Podle ekologů žije pouze 15 % obyvatel města v oblastech s přijatelnou úrovní znečištění ovzduší, přičemž ve většině oblastí je obsah oxidu uhličitého několikanásobně zvýšen.
Při mnoha fyziologických stavech těla (lezení do kopce, intenzivní svalová zátěž), stejně jako při různých patologických procesech (onemocnění kardiovaskulárního, dýchacího a jiného systému) lze v těle pozorovat i hypoxii.
Příroda vyvinula mnoho způsobů, jak se tělo přizpůsobuje různým životním podmínkám, včetně hypoxie. Takže kompenzační reakce těla, zaměřená na dodatečný přísun kyslíku a rychlé odstranění přebytečného oxidu uhličitého z těla, se prohlubuje a zvyšuje dýchání. Čím hlubší dýchání, tím lépe jsou plíce ventilovány a tím více kyslíku se dostává do tkáňových buněk.
Například při svalové práci zajišťuje zvýšená ventilace plic tělu rostoucí potřebu kyslíku. Pokud je v klidu hloubka dýchání (objem vzduchu vdechovaného nebo vydechovaného na jeden nádech nebo výdech) 0,5 litru, pak se při intenzivní svalové práci zvyšuje na 2-4 litry za minutu. Cévy plic a dýchacích cest (a také dýchací svaly) se rozšiřují a zvyšuje se rychlost průtoku krve cévami vnitřních orgánů. Aktivuje se práce dýchacích neuronů. Svalová tkáň navíc obsahuje speciální protein (myoglobin), schopné reverzibilně vázat kyslík. 1 g myoglobinu dokáže vázat až přibližně 1,34 ml kyslíku. Zásoby kyslíku v srdci jsou asi 0,005 ml kyslíku na 1 g tkáně a toto množství může v podmínkách úplného zastavení dodávky kyslíku do myokardu stačit k udržení oxidačních procesů jen asi 3-4 s.
Myoglobin hraje roli krátkodobého kyslíkového depa. V myokardu zajišťuje kyslík vázaný na myoglobin oxidační procesy v těch oblastech, jejichž zásobování krví je na krátkou dobu narušeno.
Během počátečního období intenzivního svalového cvičení jsou zvýšené nároky kosterních svalů na kyslík částečně uspokojeny kyslíkem uvolněným myoglobinem. Následně se zvýší prokrvení svalů a zásobení svalů kyslíkem je opět dostatečné.
Všechny tyto faktory, včetně zvýšené ventilace, kompenzují kyslíkový „dluh“, který je pozorován při fyzické práci. Přirozeně, zvýšení dodávky kyslíku do pracujících svalů a odstranění oxidu uhličitého je usnadněno koordinovaným zvýšením krevního oběhu v jiných tělesných systémech.
Samoregulace dýchání. Tělo jemně reguluje hladiny kyslíku a oxidu uhličitého v krvi, které zůstávají relativně konstantní navzdory kolísání dodávky a poptávky po kyslíku. Ve všech případech je regulace intenzity dýchání zaměřena na konečný adaptační výsledek – optimalizaci plynového složení vnitřního prostředí těla.
Frekvenci a hloubku dýchání reguluje nervový systém – jeho centrální (dýchací centrum) a periferní (vegetativní) vazby. Dýchací centrum, umístěné v mozku, má centrum nádechu a centrum výdechu.
Dýchací centrum je soubor neuronů umístěných v prodloužené míše centrálního nervového systému.
Při normálním dýchání vysílá inspirační centrum rytmické signály do hrudních svalů a bránice, čímž stimuluje jejich kontrakci. Rytmické signály se tvoří jako výsledek spontánního generování elektrických impulsů neurony dýchacího centra.
Kontrakce dýchacích svalů zvětšuje objem hrudní dutiny, což způsobuje vstup vzduchu do plic. Jak se objem plic zvětšuje, natahovací receptory umístěné ve stěnách plic jsou excitovány; vysílají signály do mozku – do výdechového centra. Toto centrum potlačuje činnost inspiračního centra a tok impulzních signálů do dýchacích svalů se zastaví. Svaly se uvolňují, objem hrudní dutiny se zmenšuje a vzduch z plic je vytlačován ven (viz obrázek 1.5.5).
Obrázek 1.5.5. Regulace dýchání
Dýchací proces, jak již bylo uvedeno, se skládá z plicní (vnější) dýchání, stejně jako transport plynu krví a tkáň (vnitřní) dýchání. Pokud buňky těla začnou intenzivně využívat kyslík a uvolňovat hodně oxidu uhličitého, pak se koncentrace kyseliny uhličité v krvi zvyšuje. Navíc se zvyšuje obsah kyseliny mléčné v krvi v důsledku její zvýšené tvorby ve svalech. Tyto kyseliny stimulují dýchací centrum a zvyšuje se frekvence a hloubka dýchání. To je další úroveň regulace. Ve stěnách velkých cév opouštějících srdce jsou speciální receptory, které reagují na pokles hladiny kyslíku v krvi. Tyto receptory také stimulují dýchací centrum a zvyšují rychlost dýchání. Tento princip automatické regulace dýchání je základem nevědomé ovládání dýchání, které umožňuje udržovat správné fungování všech orgánů a systémů bez ohledu na podmínky, ve kterých se lidské tělo nachází.
Rytmus dechového procesu, různé typy dýchání. Normálně je dýchání reprezentováno jednotnými respiračními cykly „nádech – výdech“ až do 12-16 dýchacích pohybů za minutu. V průměru je tento akt dýchání dokončen za 4-6 sekund. Nádech je o něco rychlejší než výdech (poměr trvání nádechu a výdechu je normálně 1:1,1 nebo 1:1,4). Tento typ dýchání se nazývá eipnoe (doslova – dobrý dech). Při mluvení nebo jídle se rytmus dýchání dočasně mění: k zadržení dechu může docházet pravidelně během nádechu nebo výstupu (apnoe). Během spánku je také možné měnit dechový rytmus: v období pomalého spánku se dýchání stává povrchním a vzácným, v období rychlého spánku se prohlubuje a stává se častějším. Při fyzické aktivitě se v důsledku zvýšené potřeby kyslíku zvyšuje frekvence a hloubka dýchání a v závislosti na intenzitě práce může frekvence dýchacích pohybů dosahovat 40 za minutu.
Při smíchu, vzdychání, kašli, mluvení, zpěvu dochází k určitým změnám dechového rytmu oproti tzv. normálnímu automatickému dýchání. Z toho vyplývá, že způsob a rytmus dýchání lze cíleně regulovat vědomou změnou rytmu dýchání.
Člověk má schopnost vědomě ovládat dýchání.
Člověk se rodí se schopností používat ten nejlepší způsob dýchání. Když sledujete, jak dítě dýchá, je patrné, že jeho přední břišní stěna se neustále zvedá a klesá a jeho hrudník zůstává téměř nehybný. „Dýchá“ břichem – jde o tzv brániční dýchání.
Bránice je sval, který odděluje hrudní a břišní dutinu.Kontrakce tohoto svalu přispívají k provádění dýchacích pohybů: nádechu a výdechu.
V každodenním životě člověk na dýchání nemyslí a pamatuje si ho, když se mu z nějakého důvodu špatně dýchá. Například po celý život napětí svalů zad, horního pletence ramenního a nesprávné držení těla vede k tomu, že člověk začne „dýchat“ hlavně z horních částí hrudníku, zatímco objem plic je používá pouze 20 %. Zkuste si položit ruku na břicho a nadechnout se. Všimli jsme si, že ruka na břiše prakticky nezměnila svou polohu a hrudník se zvedl. Při tomto typu dýchání člověk využívá především svaly hrudníku (hruď typ dýchání) nebo oblast klíční kosti (klavikulární dýchání). Jak při hrudním, tak při klavikulárním dýchání je však tělo zásobováno kyslíkem nedostatečně.
Nedostatek kyslíku může nastat i při změně rytmu dýchacích pohybů, tedy při změně procesů nádechu a výdechu.
V klidu je kyslík poměrně intenzivně absorbován myokardem, šedou hmotou mozku (zejména mozkovou kůrou), jaterními buňkami a kůrou ledvin; Buňky kosterního svalstva, slezina a bílá hmota mozku spotřebovávají v klidu méně kyslíku, ale při fyzické aktivitě se spotřeba kyslíku myokardem zvyšuje 3-4krát a pracujícími kosterními svaly více než 20-50krát ve srovnání s odpočinek.
Intenzivní dýchání, které spočívá ve zvýšení rychlosti dýchání nebo jeho hloubky (proces je tzv hyperventilace), vede ke zvýšení přívodu kyslíku dýchacími cestami. Častá hyperventilace však může vyčerpat tělesné tkáně o kyslík. Časté a hluboké dýchání vede ke snížení množství oxidu uhličitého v krvi (hypokapnie) a alkalizaci krve – respirační alkalóza.
Podobný efekt lze pozorovat, pokud netrénovaný člověk provádí na krátkou dobu časté a hluboké dechové pohyby. Změny jsou pozorovány jak v centrálním nervovém systému (závratě, zívání, blikání „skvrn“ před očima a je možná i ztráta vědomí), tak v kardiovaskulárním systému (objevuje se dušnost, bolest srdce a další příznaky). Tyto klinické projevy hyperventilačního syndromu jsou založeny na hypokapnických poruchách, vedoucích ke snížení prokrvení mozku. Normálně se sportovci v klidu po hyperventilaci dostanou do stavu spánku.
Je třeba poznamenat, že účinky, ke kterým dochází při hyperventilaci, zůstávají pro tělo zároveň fyziologické – lidské tělo totiž především reaguje na jakýkoli fyzický a psycho-emocionální stres změnou charakteru dýchání.
S hlubokým, pomalým dýcháním (bradypnoe) je pozorován hypoventilační účinek. Hypoventilace – mělké a pomalé dýchání, v důsledku čehož dochází ke snížení obsahu kyslíku v krvi a prudkému zvýšení obsahu oxidu uhličitého (hyperkapnie).
Množství kyslíku, které buňky využívají pro oxidační procesy, závisí na saturaci krve kyslíkem a míře průniku kyslíku z kapilár do tkání.Snížení dodávky kyslíku vede k hladovění kyslíkem a zpomalení oxidačních procesů ve tkáních.
V roce 1931 dostal doktor Otto Warburg Nobelovu cenu za medicínu za objev jedné z možných příčin rakoviny. Zjistil, že možnou příčinou tohoto onemocnění je nedostatečný přísun kyslíku do buňky.
Pomocí jednoduchých doporučení, stejně jako různých fyzických cvičení, můžete zvýšit přístup kyslíku do tkání.
- Správné dýchání, při kterém se vzduch procházející dýchacími cestami dostatečně prohřeje, zvlhčí a pročistí, je klidné, rovnoměrné, rytmické a dostatečně hluboké.
- Při chůzi nebo cvičení byste měli rytmické dýchání nejen udržovat, ale také správně kombinovat s rytmem pohybu (nádech 2-3 kroky, výdech 3-4 kroky).
- Je důležité si uvědomit, že ztráta dechového rytmu vede k narušení výměny plynů v plicích, únavě a rozvoji dalších klinických příznaků nedostatku kyslíku.
- Při poruše dýchání se snižuje průtok krve do tkání a snižuje se jeho saturace kyslíkem.
Je třeba mít na paměti, že fyzické cvičení pomáhá posilovat dýchací svaly a zlepšuje ventilaci plic. Zdraví člověka tedy do značné míry závisí na správném dýchání.
