Öndunarkerfið

Í líkama mannsins eru að starfi mismunandi gerðir vefja. Þegar tveir eða fleiri vefir eru pakkaðir saman þá mynda vefirnir líffæri. Vefirnir starfa saman og hjálpa líffærinu til að vinna sérstakt hlutverk. Líffærakerfi er svo það þegar nokkur líffæri vinna saman að sérstakri virkni. Hvert líffæri hefur þá sérstakt hlutverk að gæta í því kerfi. Öll líffærakerfi líkamans vinna saman að halda líkamanum starfandi.

Öndunarkerfið er líffærakerfi sem inniheldur öndunarveg, lungnaæðar, lungu og öndunarvöðva. Öndunarkerfið hjálpar líkamanum að framkvæma loftskipti milli gastegunda, lofts og blóðs, einnig milli blóðsins og milljarða frumna líkamans. Flest líffæri öndunarfærakerfisins hjálpa til við að dreifa lofti, en aðeins pínulitlar lungnablöðrur og lungnablöðrugöngin bera ábyrgð á raunverulegum loftskiptum. Auk dreifingu lofts og loftskipta, þá síar öndunarkerfið, vermir og vætir loftið sem þú andar að þér. Líffæri öndunarkerfisins gegna einnig hlutverki í tali og lyktarskyninu. Öndunarkerfið hjálpar að auki líkamanum að viðhalda stöðugleika eða jafnvægi meðal margra þátta í innra umhverfi líkamans.

Líffæri öndunarkerfisins

Mörg líffæri koma að starfsemi öndunarkerfisins en þeim er skipt í tvo flokka: efri hluti öndunarfæra og neðri öndunarvegur. Efri hluti öndunarfæra er samansett úr nefi, koki og barkakýli og eru líffæri hans staðsett utan brjóstholsins. Nefhol má finna inn í nefinu en þar er slímhúð sem klæðir nefholið sem festir rykagnir. Í nefholinu eru svo lítil hár sem kallast bifhár sem hjálpa við að færa rykagnirnar í nefið og eru svo losaðar í burtu við að hnerra eða blása út. Einnig má finna nefskútu í nefinu en þessi loftfylltu rými á hliðum nefsins hjálpa við að gera höfuðkúpuna léttari. Bæði matur og loft fara í gegnum kokið áður en það kemst á viðeigandi áfangastað. Kokið gegnir að auki hlutverki í tali. Barkakýlið er nauðsynlegt fyrir tal manna.

Neðri öndunarvegur er samansettur úr barka, lungum og öllum hlutum berkjutrjáarins, þar með talin lungnablöðrur. Líffæri neðri öndunarvegs eru staðsett innan brjóstholsins. Barkinn er staðsettur rétt fyrir neðan barkakýlið og er aðal öndunarvegurinn að lungunum. Lungun mynda saman eitt stærsta líffæri líkamans. Lungun bera ábyrgð á að útvega súrefni til háræða og anda út koltvísýringi. Berkjurnar greinast frá barkanum inn í hvert lunga og skapa net flókinna leiða sem sjá lungunum fyrir lofti. Þindin er helsti öndunarvöðvi sem dregst saman og slakar á til að hleypa lofti inn í lungun.

Myndin sýnir helstu líffæri öndunarkerfisins

Lungu, blóðæðar, vöðvar og bein

Heilbrigð lungu eru bleik, kringlótt og hafa mjög svampkennda áferð. Til að mynda þegar lungun eru í hvíldarstöðu þá fylla þau nánast alveg allt brjóstholið. Ytra yfirborð lungna er tengt þekju brjóstholsins með tveimur þunnum himnum, önnur þekur lungun og hin brjóstvegginn. Þessar himnur festast saman vegna þess að þær eru rakar, en það er vegna samloðandi aðdráttarafls frá vatnssameindunum. Þetta tryggir að þegar brjóstholið stækkar, stækka lungun. Ef að himnurnar væru aðskildar t.d. vegna meiðsla á brjóstveggnum, þá kemst loft inn í rýmið á milli þeirra, sem stundum getur ollið undirliggjandi lunga til að falla saman

Lungun skiptast í hægra og vinstra lunga. Hægra lunga er svo skipt niður í þrjú líffærablöð; efra blað, miðblað og neðra blað, þar sem hvert blað er eins og uppblásin blaðra með svampkenndri áferð á vefjum en vinstra lunga er skipt niður í tvö líffærablöð; efra blað og neðra blað. Berkjurnar eru þaktar bifhárum sem að hreyfast í bylgjum. Sú hreyfing ber slím upp í átt að koki, hvort sem það er gert með því að hósta, hnerra, kyngja eða ræskja sig. Slímið grípur og heldur í mikið af því ryki, sýklum og öðru óvelkomnu efni sem hefur runnið ofan í lungun. Líkaminn losar sig við efnin þegar þú hóstar, hnerrar, kyngir eða ræskir þig. Minnstu greinar berkjurnar kallast berkjungar, á enda þeirra eru loftsekkir og lungnablöðrur. Lungnablöðrurnar eru mjög litlir loftpokar sem skipta á súrefni og koltvísýring. Á veggjum lungnablaðrana eru háræðar. Blóðið berst um háræðarnar inn í lungnaslagæð og fer svo út um lungnabláæð. Meðan blóðið er inn í háræðunum losar það koltvísýring í gegnum háræðavegginn inn í lungnablöðrurnar þar sem það tekur upp súrefni frá loftinu inn í lungnablöðrunni.

Vöðvar og bein eru ekki síður mikilvæg en þindin er sterkur veggur af vöðva sem skilur brjóstholið frá kviðarholinu. Með því að hreyfa sig niður, þá myndast sog í bringunni sem dregur inn loft og stækkar lungun. Rif eru bein sem að styðja og vernda brjóstholið. Þau færast örlítið til þess að hjálpa lungunum að víkka og dragast saman.

Loftskipti

Myndin sýnir loftskipti

Aðalhlutverk lungnanna er loftskipti. En það er ferli sem leyfir okkur að taka inn súrefni í líkamann sem verður svo notað í frumuöndun og þannig losa okkur við koltvíoxíð. Loftskiptin fara fram á milli lungnablaðranna í lungunum og blóðsins í háræðunum þar í kring. Loftskiptin fara þannig fram að súrefnið sem kemur inn í líkamann fer í ferli sem kallast er dreifing og fer þannig í gegnum þunnu himnurnar í kringum æðarnar og veggi lungnablaðranna. En dreifing er það ferli þegar efni dreifast frá svæði með hærri þrýsting eða þéttingu yfir á svæði með lægri þrýsting eða þéttingu. Þegar koltvíoxíð er í miklum þéttingum í háræðum þá fer það inn í lungnablöðrurnar í gegnum dreifingu þar sem efnið minnkar í þéttingu og er viðhaldið í lægri þéttingu með útöndun áður en það berst út úr líkamanum. Þegar súrefni hins vegar er í miklum þéttingum sem er viðhaldið með innöndun færist efnið yfir með dreifingu frá lungnablöðrunum yfir í súrefnissnautt blóð í háræðunum. Í lungnablöðrunum þar sem loftskiptin fara fram eru margar litlar æðar sem kallast háræðar, en háræðarnar tengjast slagæðunum og æðunum sem flytja blóð um líkamann.

Lungnaslagæðin sér um að flytja súrefnissnautt blóð til lungnanna, þar sem koltvíoxíð og fleiri úrgangsefni fara úr líkamanum. Í loftskiptum fer koltvíoxíð úr frumunum við frumuöndun og í blóðrásina og svo hægri hlið hjartans. Lungnaslagæðin flytur svo það blóð í lungun þar sem líkaminn losar sig við það efni með útöndun. Lungnabláæðin sér um að dæla súrefnisríku blóði til vinstri hlið hjartans, prótínið hemóglóbín sér um að flytja súrefnið í blóðinu til rauðu blóðkornanna. Síðan dælir hjartað súrefnisríku blóði til líkamans.

Öndunarkerfið sér svo um ýmis önnur hlutverk en ekki bara að koma súrefni til frumnanna og að losa okkur við koltvíoxíðs og önnur úrgangsefni. Öndunarkerfið sér um að verma og kæla loft sem við öndum inn að réttu hitastigi og að halda loftinu að réttu rakastigi.

Öndun

Inn- og útöndun

Þegar súrefni berst í líkamann þá skiptist það í tvö ferli. Annars vegar innöndun og hins vegar útöndun. Við innöndun þá dregst þindin saman og færist niður. Við þessa færslu þindarinnar þá verður til meira pláss í brjóstholinu og því meira pláss fyrir lungun til að þenjast út. Vöðvarnir í rifbeinunum geta einnig hjálpað í því ferli en þeir dragast saman til að draga rifbeinin bæði upp og út til hliðar. Við stækkun rúmmálsins í brjóstholinu verður minni þrýstingur og því auðvelt fyrir loftið að flæða inn í lungun. Við innöndun kemst loft inn í líkamann í gegnum nefið eða munninn sem vermir og gerir loftið rakakenndara. Loftið fer svo niður barkann og þaðan fer loftið í lungun. Í lungunum skiptast berkju pípurnar í mörg þúsund þynnri pípur sem kallast berkjungar. Berkjungarnir raða sér upp í klasa á endanum þar sem lungnablöðrurnar eru. Í lungunum eru um 150 milljónir lungnablöðrur og eru þær teygjanlegar. Þessar lungnablöðrur hjálpa því lungunum að stækka og minnka við öndun.

Við útöndun þá gerir þindin hins vegar öfugt en við innöndun. Útöndun krefst ekki neina samdrætti í vöðvum. Þindin þenst út og færist upp en einnig slaka vöðvarnir á í rifbeinunum og brjóstholið verður að eðlilegri stærð. Loftið sem fór í lungun áðan fer aftur í lungun sem eru orðin í minna að rúmmáli sem veldur meiri þrýsting og því flæðir loftið auðveldlega úr lungunum. Úr lungunum fer það í gegnum barkann og út úr munninum eða nefinu og út úr líkamanum. Loftið sem fer úr lungunum og líkamanum er andstætt við loftið sem fór í líkamann en það er því súrefnissnautt og koltvíoxíðs ríkt.  

Stýring öndunnar

Vöðvar líkamans og taugakerfið hjálpa okkur að stýra önduninni. Vöðvarnir í kvið- og brjóstholinu hjálpa lungunum við að þenjast út, þegar útöndun fer fram þá slaka vöðvanir á sem gerir það að verkum að lungun dragast saman ósjálfrátt. Vöðvarnir sem taka þátt í að stýra öndun eru þindin, vöðvarnir á milli rifbeina, kviðvöðvar, vöðvar í andliti, munni og koki og vöðvar í hálsi og á svæði viðbeins. Ef einhver varanlegur skaði verður á þessum vöðvum þá getur það leitt til öndunarerfiðleika, skammtíma eða langvarandi áhrif.

Öndun er ósjálfrátt ferli þar sem það er stjórnað af ósjálfráða taugakerfinu. Tíðni öndunnar er stjórnað af stjórnstöð í heilastofni. Heilinn sendir boð til þindarinnar um að draga sig saman sem viðbrögð við háu stigi koltvíoxíðs í blóðinu. Tíðni eykst eftir hærra magni af koltvíoxíð í blóðinu t.d. við hreyfingu. Sefkerfið sér um að hægja á tíðni öndunnar, það sem gerist er að berkjungar þrengjast og lungnaæðarnar breikka. Drifkerfið sér svo um að auka tíðni öndunnar, það sem gerist er að berkjungar víkka og lungnaæðarnar þrengjast.

Við breyttar aðstæður sendir líkaminn boð til heilans og heilinn sendir boð til baka um að bregðast við. Í líkamanum eru skynjarar á ýmsum stöðum sem nema breytingar. Það eru þrír megin skynjarar sem koma að öndun, þeir eru staðsettir í öndunarveginum, heila og blóðrásum nálægt öndunarvegi og svo eru skynjarar í liðamótum og vöðvum. Þessir skynjarar nema ýmsa hluti eins og pirringi í lungum sem veldur því að þeir hvetja líkamann til að hnerra eða hósta. Skynjararnir nema einnig frá magni koltvíðsoxíðs og súrefni í blóðinu og líkaminn bregst við því með því að auka eða minnka tíðni öndunnar í líkamanum. Skynjarnir nema hreyfingar í vöðvum eða útlimum og senda skilaboð hvort það þurfi að auka tíðni öndunnar ef einstaklingur er í einhvers konar áreynslu.

Öndunarkerfi annarra dýra

Flokkar öndunarfæra eru fjórir: húð, loftgöng, lungu og tálkn. Því stærra sem dýrið er, því stærri þurfa öndunarfærin að vera til að sporna við stærð dýrsins. Hlutverk blóðrásarinnar hjá öðrum dýrum er það sama í flestum tilvikum og hjá mannfólkinu en það er að flytja súrefni til frumna og koma úrgangs lofttegundum eins og koltvíoxíð út úr líkamanum í gegnum öndunarveginn.

Svampar, liðormar og flatormar eru dæmi um dýr sem að hafa ekki sérstök öndunarfæri en þessar lífverur stunda loftskipti í gegnum líkamsyfirborð sitt. Ánamaðkar stunda sín loftskipti í gegnum húðina en í húðinni á ánamöðkum má finna ótal æðar sem hjálpa til við ferlið. Svo eru til dæmi um dýr sem nota bæði húðina og lungun til loftskipta, en froskdýr eru dæmi um það.

Loftskipti um tálkn má finna hjá alls konar hópum dýra eins og liðdýrum og fiskum, þurrlendiskröbbum og liðormum. Hjá froskdýrum eins og salamöndrum má sjá að tálkn vaxi utan um líkama þeirra. Tálkn eru mjög greinótt og flókið æðanet sem liggur umhverfis þau og hjálpar lífverunum að stunda skilvirk loftskipti. Tálkn og lungu eykur líkamsyfirborð stærri dýra.

Fjöldi þurrlendisdýra hafa hvorki tálkn né lungu, eins og skordýr eru með loftæðakerfi en þar hafa þau af einhverju tagi innvöxt á yfirborðslagi þeirra sem hefur sömu virkni og tálkninn. Innvöxturinn gerir það að verkum að yfirborð lífveranna eykst og minnkar fjarlægðina fyrir virka loftflæðið til frumanna frá yfirborðinu. Það veldur því að loftskiptin verða afkastamikil. Dýrið þarf að vera innan við 5 sm á lengd svo að kerfið geti virkað. Þetta er ein aðal ástæðan fyrir því að skordýr séu ekki stærri en þau eru.