Utazás a levegőből
Miért van az önálló anyagcserével rendelkező sejteknek szüksége oxigénre? Az oxigén a sejtekben lejátszódó anyagcserén belül az égéshez - az oxidációs folyamatokhoz - szükséges. Valamennyi sejt egy apró erőmű ugyanis, mely üzemanyag elégetésével jut energiához. Az üzemanyagként szolgáló, azaz éghető szerves vegyületek fő alkotóelemei a szén, a hidrogén és az oxigén. A szénhidrátok - köztük cukrok -, zsírok, olajok és fehérjék elégetésekor a fő égéstermékek ennek megfelelően a széndioxid és víz. A légzés lényege - beszéljünk róla a sejt vagy a szervezet szintjén - az égéshez szükséges oxigén eljuttatása az energiatermelés helyére, majd az égéstermékek elszállítása onnan.
Az oxigénfelvétel és a szén-dioxid-leadás folyamatai - vagyis a gázcsere - két egymást kiegészítő szervrendszerben zajlanak.
A légzési gázok a tüdőtől a sejtekig a vörösvértestek hemoglobinjához kötődve utaznak, melyhez az útpályát és a forgalom áramlását a szív- és érrendszer biztosítja. Vele szoros kapcsolatban áll maga a légző szervrendszer, mely kívülről az orrjáratokkal kezdődik, a garatban, gégében, légcsőben (trachea) folytatódik, ami a hörgőkbe torkollik.
A hörgőkön keresztül
A légcső két kisebb csőre, a főhörgőkre ágazik, egyikük a jobb, a másik a bal tüdőfélbe vezeti a levegőt. A jobb oldali főhörgő három hörgőre ágazik, ezek mindegyike egy-egy tüdőlebenybe vezet. A bal oldali főhörgő kétfelé ágazik, ugyanis a bal tüdő csupán két lebenyből áll, így elég hely marad a szívnek.
Anatómiailag a bal oldali főhörgőt a főverőér vagy aorta keresztezi, a jobb oldali főhörgő érintkezik a vena cava superiorral, azaz a felső üreges gyűjtőérrel, egész pontosan ez előtt halad el.
A hörgőknek nevezett csövek egyre kisebb ágakra bomlanak, a hörgőcskékre, melyek a tüdőt alkotják. A hörgőcskék egész tüdőre kiterjedő hálózatát hörgőrendszernek nevezzük. A hörgők végül kicsiny légzsákokból álló fürtökben, a tüdőhólyagocskákban (alveolus, alveoli pulmonalis) végződnek.
A légzőrendszer működése nem pusztán az oxigén és széndioxid megfelelő helyre való eljuttatásából áll, az is fontos, hogy a beérkező levegő a légcsere helyszínére jutva már kellően tiszta legyen. A levegő a mirigyeket tartalmazó csillós hengerhámos nyálkahártyával bélelt légutakon áthaladva nem csak megtisztul, hanem kellő hőmérsékletűre is melegszik, és megfelelő páratartalmúvá válik, mely egyben védi is a gázcserében közreműködő szöveteket.
A sejtekig
Az alveólusok fala alkotja a tüdő légzőfelületét, melyen keresztül a gázok bejutnak a hólyagok falának apró kapilláris ereibe, illetve onnan kijutnak a tüdő légterébe.
Az alsó légutakhoz tartozó tüdő falában zajlik tehát a tüdő levegője és a vér közötti gázcsere, vagyis itt kerül egymással kapcsolatba a keringési és légző szervrendszer.
Ahhoz, hogy a gázcsere lebonyolódhasson, nem közömbös a légzőrendszer szerkezeti és szöveti fölépítése. A légcsőhöz hasonlóan a főhörgők is porcgyűrűkből épülnek föl. A porc egyre vékonyabbá válik a hörgők, illetve a hörgőcskék falában. A hörgőcskék végét, a henger alakú, finom csillószőröcskékkel ellátott sejteket szőrtelen, kocka alakú sejtek váltják föl.
Az alveolusokat már laphámsejtek borítják, amelyeket nagyon vékony sejthártya határol. Közvetlenül mögöttük már a hajszálvékony kapilláris vérerek húzódnak. A gázcsere az alveolusok és vékony kapillárisok vékony sejthártyái között zajlik le. Az oxigén bediffundál az erekbe, ott is a vörösvértestekbe, és ezek festékanyagának, a hemoglobinnak vasatomjához kapcsolódik.
A keringés
A tüdőből a véna (vena pulmonalis) szállítja az oxigéndús vért a szívhez, ahonnan aztán nagy erővel pumpálódik ki a test legkülönbözőbb sejtjei felé. A tüdőbe érkező oxigénszegény, ám annál több széndioxidot tartalmazó vér pedig a hörgőartériákon keresztül érkezik a tüdőbeli gázcsere helyére.
Egy légvétel alkalmával mintegy fél liter levegőt szívunk be, melynek kétharmada jut el a tüdőhólyagocskákig, hogy részese legyen a gázcserének. Nyugodt légzéskor percenként 8-20-szor veszünk levegőt, és fújjuk ki.
Az alábbi táblázat megmutatja, miként alakul a be- és kilégzett levegőben az oxigén és a szén-dioxid aránya. Látható, hogy nem a teljes belégzett oxigénmennyiséget tudjuk fölvenni a tüdő légzőfelületén keresztül.
| Belélegzett levegő | Kilélegzett levegő | ||||
| Oxigén | 21 % | 15 % | |||
| Széndioxid | 0,03 % | 4 % | |||
| Nitrogén | 79-80 % | 79-80 % |
Trükkös légzőmozgások
A tüdő passzívan követi a mellkas bordaközi izmai és a rekeszizom által kivitelezett légzőmozgásait, ez pedig úgy lehetséges, hogy a tüdőt borító duplafalú mellhártya külső lemeze (pleura parietalis) a mellkashoz rögzül, míg a belső (pleura pulmonalis) a tüdőhöz tapad. A két lemez között vékony savós folyadékréteg található, mely lehetővé teszi, hogy a két lemez súrlódásmentesen elcsúszhasson egymás mellett a légzőmozgások alkalmával, másrészt a két lemez között mérhető nyomás - középállásban - mindössze 10 Hgmm körüli, tehát gyakorlatilag a két lemezt vákuum tartja össze.
