Fizjologiczne i fizykochemiczne podstawy regulacji oddychania

Zjawiska podstawowe

Wentylacja płuc

Wentylacja płuc jest równa objętości powietrza przepływającego przez płuca w danej jednostce czasu. Wentylacja minutowa określa objętość powietrza przepływającego w ciągu minuty, czyli sumę objętości wszystkich wykonanych w tym czasie wdechów lub wydechów.

Na wentylację płuc składają się dwa niezależne od siebie parametry: częstość oddechów oraz ich objętość, zwana objętością oddechową. Do zmiany wentylacji płuc dochodzi w wyniku zmiany jednego, częściej obu wymienionych parametrów, przewagę ma jednak objętość oddechowa: taka sama wentylacja z dużą objętością oddechową i małą częstością (głębokie wdechy) jest skuteczniejsza od wentylacji z małą objętością oddechową i dużą częstością (płytkie wdechy). W pierwszym przypadku rośnie stosunek objętości oddechowej do wielkości przestrzeni martwej i objętości zalegającej, zajętych przez zużyte powietrze wydechowe, co oznacza, że podczas głębokiego oddychania w pęcherzykach płucnych pojawi się powietrze o większej zawartości tlenu (O₂), a mniejszej zawartości dwutlenku węgla (CO₂) niż podczas płytkiego oddychania.

Wymiana gazowa

Wymiana gazów między krwią a powietrzem pęcherzyków płucnych odbywa się na drodze dyfuzji. Dyfuzja gazów przez barierę krew‒światło pęcherzyka płucnego przebiega zgodnie z gradientem stężeń. Stężenie gazu w powietrzu pęcherzykowym obrazuje jego ciśnienie parcjalne (Pa), natomiast we krwi tętniczej ‒ prężność (Pa). Ciśnienie parcjalne jest wprost proporcjonalne do udziału procentowego danego gazu w mieszaninie gazów. Intensywność wentylacji płuc jest powiązana z przepływem krwi przez płuca (perfuzja płuc), kształtowanym przez objętość minutową serca i lokalną dystrybucję krwi w miąższu płucnym ‒ istotnym miejscowym czynnikiem regulacyjnym jest ciśnienie parcjalne tlenu w pęcherzykach płucnych (PaO₂). Jego obniżenie prowadzi do skurczu tętniczek płucnych, co zwiększa opór przepływu i zmniejsza perfuzję źle wentylowanych obszarów płuc, wzrost PaO₂ wywołuje natomiast reakcję odwrotną. Wzajemne dostosowywanie się wentylacji do perfuzji zapewnia regulację ilości gazów rozpuszczonych we krwi i jej pH.

Duszność

Duszność towarzyszy przekroczeniu rezerw wentylacyjnych, np. podczas wysiłku lub w sytuacji nieprawidłowej prężności gazów we krwi tętniczej, w wyniku nadmiernej pracy i zmęczenia mięśni oddechowych, utrudnienia wentylacji płuc lub upośledzenia dyfuzji gazów, m.in. w przebiegu chorób układu oddechowego. Jest też odczuwana w niewydolności serca. Ze względu na połączenia między ośrodkiem oddechowym a korą mózgu może być także objawem zaburzeń psychicznych.