A légzés

A fizikai és kisebb mértékben a szellemi tevékenység is a szervezet fokozott oxigénellátását igényli. A megerőltető izommunka rövid idő után légszomjat idéz elő a szervezetben. A „légszomj” leküzdésének egyszerű formája, hogy megnövekszik a légvételek száma. Így több levegő jut a légzőszervbe és több oxigén az anyagcsere folyamatokhoz, de egyúttal a vegetatív idegrendszer is áthangolódik, és egy erőteljes szimpatikus tónus uralma alá kerül az egész szervezet. Ez a változás érinti a keringési rendszert, a szív teljesítménye fokozódik és javul a tevékenységben résztvevő szövetek gázcseréje. Ez képessé teszi az élőlényeket a váratlanul felmerülő fizikai és szellemi akadályok legyőzésére. Ha ez a folyamat akadozik, akkor a szervezet kifáradt és regenerációra van szüksége.

Az élőlények légzésszáma a fajtól, a kortól és az aktivitástól is függ
























Miért van szükség oxigénre?

Az élőlények szervezetének sejtjei tápláléklebontó folyamatokból nyerik a fennmaradásukhoz és működésükhöz szükséges energiát. Ahhoz, hogy ez a folyamat zavartalanul működhessen alapfeltétel az oxigén jelenléte. Légzés közben a szervezet több lépcsőben szénvegyületeket és hidrogént éget el oxigén jelenlétében. Az égés során szén-dioxid (CO₂), vízgőz, hő és szabadon felhasználható energia keletkezik, melyet a szervezet az izommunka vagy kémiai reakciók során hasznosít. Izommunka során, intenzívebbé válik az anyagcsere, és ezáltal az oxigén felhasználás is. A légzés tehát egy létfontosságú, energiát termelő folyamat.

Gázcsere

A gázcsere olyan életfolyamat, amelynek során a szervezet a környezetéből felveszi az oxigént, ami nélkülözhetetlen az energiatermelő folyamatokhoz, és leadja a széndioxidot, ami a sejtek tápláléklebontása közben termelődik. A fejlettebb élőlények gázcseréjét kopoltyú vagy tüdőlégzés teszi lehetővé, és az oxigént a sejtekhez a vér juttatja el. A vérkeringéssel rendelkező élőlényeknek, a gazdaságosabb anyagcsere folyamatok érdekében, egyrészt minél több oxigént kell a vérbe juttatniuk, másrészt arról is gondoskodniuk kell, hogy ez el is jusson a célszövetekhez.

A légzés folyamata négy szakaszra tagolható:
1. Légcsere
2. Külső légzés
3. Belső légzés
4. Sejtlégzés

Légcsere

Az állatok az oxigént a levegőből, vagy a vízben oldott levegőből, azaz a környezetükből nyerik.
A vízben oldott oxigénhez a halak kopoltyúval történő lélegzéssel jutnak, bár egyes fajoknak tüdeje is van. A légzés során, zárt kopoltyúfedő mellett a szájukat kinyitják, a víz beáramlik, majd szájukat becsukják. Ekkor a kopoltyúfedő megemelkedik és a szájban lévő víz a kopoltyún keresztül a kipréselődik. A kopoltyú számtalan hajszáleret tartalmaz, az oxigén ezek falán keresztül jut a vérkeringésbe, illetve a szén-dioxid ezekből a külvilágba.

A gázcserét a vízben a kopoltyúk teszik lehetővé

















Az emlősöknél a levegőnek a tüdőbe jutását a légzőmozgások teszik lehetővé. A légzőmozgások belégzésből és kilégzésből állnak. A belélegzett levegő előbb a felső-, majd az alsó légutakon áramlik a tüdőbe, kilégzéskor pedig kipréselődik belőle. Az emlősök légzőmozgásait a rekeszizom, a bordaközi izmok, valamint a mellkas és a hasfal izmai végzik.
Belégzés és kilégzés


















A madarak tüdejének felépítése és működése eltér az emlősökétől. A madaraknak nincs rekeszizmuk és a légcserét repülés közben a szárnyak mozgása, a nem repülő madaraknál, pedig a mellcsont mozgása úgy biztosítja, hogy összenyomja, majd tágítja a légzsákokat, amelyek a tüdősípokon keresztül áramoltatják a levegőt.

A madarak a légzsákok és a tüdősípok segítségével be- és kilégzéskor is vesznek fel oxigént











Ily módon a madártüdőnek kétszer van lehetősége a levegő hasznosítására (belégzéskor és kilégzéskor is), és ez teremti meg oxigénfelvételük egyedülálló hatékonyságát. Ezt az előnyüket kihasználva, a levegőbe emelkedve nézhetnek le mindazokra, akik anatómiai adottságaik – szárnyak, repülőizmok és megfelelő tüdő hiányában – nem voltak képesek lépést tartani velük, s a Föld felszínének foglyai maradtak.

Külső légzés

A légzőszerv és a vér közti gázcsere a diffúzió törvénye alapján megy végbe, amely kimondja, hogy a gázok a nagyobb nyomású helyről a kisebb felé áramlanak. Az oxigén nyomása a tüdő alveolusokban nagyobb, mint a vénás vérben, ezért az oxigén a tüdőből a vérbe hatol. A szén-dioxid nyomása viszont a vénás vérben nagyobb, mint a tüdőben, ezért a vérből a CO₂ a tüdő-hólyagocskába diffundál.

A külső légzés során az oxigén a vérbe hatol, a széndioxid pedig tüdőbe diffundál











A vér kapcsolata az oxigénnel és a szén-dioxiddal azonban nem egyszerű fizikai oldat, hanem kémiai természetű kapcsolat. A szervezet a levegő molekuláris oxigénjének megkötésére és szállítására a vörös vérsejtekben levő hemoglobint használja. A vérfestékben lévő vas ionok az O₂-vel könnyen felbomló vegyületet – oxihemoglobint alkotnak, amely lehetővé teszi a vér és a többi szövet közötti gázcserét, vagyis a belső légzést. A kidiffundáló oxigén helyére a sejtekben keletkezett szén-dioxid lép be.

A hemoglobin 4 vas iont tartalmaz így négy O₂–t tud lekötni













A szén-dioxid megkötése és szállítása csak részben a vörös vértestek feladata, jelentősebb a vérben oldott szénsav formájában történő szállítás. A vérsavóban, a szén-dioxid vízben oldódva szénsavat alkot. A tüdőbe érve a szénsav elbomlik és a felszabaduló CO₂ a léghólyagokba diffundál, ahonnan kilégzéssel távozik.

Ezt a reakciót fel is írhatjuk: H₂CO₃ →CO₂ + H₂O

Belső légzés

A belső légzés a test szöveteiben elágazó kapilláris érhálózat és a szövetek sejtjei közötti gázcsere. A vér és a szövetnedv közti gázcsere, a külső légzéssel azonos módon, a diffúzió törvénye alapján megy végbe. Az oxigén nyomása a szövetekben alacsony, mert a sejtek oxidációs folyamataiban elhasználódik. Ennek következtében az oxihemoglobin, hemoglobinra és oxigénre bomlik, az oxigén a vérplazmába, majd a szövetekbe jut. A szén-dioxid viszont a szövetekből a vérbe kerül, mert ott a nyomása kisebb, mint a szövetekben.

Az oxigén a vérből a szövetnedvbe diffundál













A CO₂ részben a hemoglobinhoz kötve, részben pedig oldott állapotban, a vérkeringés útján jut a légzőszervbe, ahonnan a külső légzésnél leírtak alapján távozik. A széndioxid vízben oldódását a vérben megtalálható szénsav-anhidráz enzim gyorsítja fel.

Ez a folyamat így írható fel: CO₂ + H₂O + enzim → H₂CO₃

Sejtlégzés

A magasabb rendű szervezetek szövetei és az őket felépítő sejtek az életműködésükhöz szükséges energiát tápanyagokból fedezik. Az energianyerési folyamatok kiindulási anyagai elsősorban szénhidrátok vagy zsírok, amelyeket a sejtek számos lépésben bontanak le. A keletkező energia egy része szabad hő formájában távozik, míg a másik része nagy energiájú foszfátkötésekben (ATP) tárolódik. Később ezeket a foszfátmolekulákat a sejtek energiaigényük kielégítésére (aktív transzport, bioszintézis, mozgás) használják fel.
A táplálékban lekötött energiák felszabadítása oxidáció és fermentáció útján lehetséges. Az oxigén jelenlétében történő tápláléklebontási folyamatok gazdaságosabban és káros anyagok létrehozása nélkül látják el a szervezetet energiával.

Térbeli ábrán szemléltetve a glükóz aerob lebontása így néz ki:

A glükóz lebontása oxigén jelenlétében sok energiát ad













Oxigénhiány esetében a szerves molekulák átalakulása a fermentáció útjára terelődik. Erjedéskor kevesebb energia termelődik, mint az aerob folyamat során. Oxigén hiányában a glükózból kialakuló piroszőlősav nem tud bekapcsolódni a citromsav-ciklusba, hanem tejsavvá alakul, és ezzel az energiatároló foszfátkötések - ATP előállítása megszakad.

Glükóz + fermentáció → 2 ATP + Tejsav

A fentiekből látható, hogy egy glükóz molekulából, anaerob körülmények között, 34 ATP-vel kevesebb keletkezik, mint oxigén jelenlétében. Ezt az energiahiányt, és a rengeteg tejsav felhalmozódását az emberi és állati szövetek egy része, mint pl. az idegrendszer vagy a szív egyáltalán nem tudják elviselni. Az oxigénhiánnyal szemben toleránsabb vázizmok teljesítőképessége is jelentős mértékben csökken. A savasodás az izmok fáradását és izomlázat idéz elő. Ezért a hatékonyabb energiaátalakítás érdekében a szervezet arra törekszik, hogy minden sejtjét elegendő oxigénnel lássa el. Az eredményes oxigénellátás feltétele a légzés, vagyis a gázcsere.

Az eredeti képek a Fotosearch.com internetes oldalról származnak