11 Hengitys eli respiraatio +++

Keuhkotuuletus eli ventilaatio: ilman virtaus keuhkorakkuloihin ja niistä ulos

Respiraatio: kaasujen vaihtumista solun ja ilman välillä

Soluhengitys: solu hapenotto, hiilidioksidin luovuttamista kudosnesteeseen ja ATP:n tuottoa

  • Happo-emästasapainon ylläpito hiilidioksidin kautta
  • Happi soluhengityksen elektroninsiirtoketjuun
  • Viiden sekunnin keskeytys aivojen hapensaantiin voi johtaa tajuttomuuteen ja viiden minuutin hengityspysähdys johtaa aivovaurioon.
  • Happi on myös myrkky, sillä pitkään jatkunut puhtaan hapen hengittäminen vahingoittaa keuhkoja.
  • Happi voi muodostaa vapaita radikaaleja jotka vaurioittavat proteiineja ja rasva-aineita

Alahengitystiet

  • tehtävänä kaasujen vaihto, limakalvon puolustusmekanismit

Ylähengitystiet

  • tehtävänä ilman lämmitys, kosteutus ja puhdistus

Nielu

Nenäontelo

  • kaksiosainen
  • limakalvon pinta-alaa kasvattavat nenäkuorikot (ylä-, keski-, ja alakuorikko), jotka sijaitsevat nenäontelon lateraalisivuilla
  • ontelon katossa ja väliseinässä n. 2 cm2 hajuepiteeliä
  • nenäontelo puhdistaa, lämmittää ja kostuttaa ilman
  • sivuontelot ovat limakalvon verhoamia ilmaonteloita (muodostuvat vasta syntymän jälkeen)

Kurkunpää

  • muodostuu useasta rustosta, joita päällystää limakalvo
  • kilpirusto: aataminomena, rengasrusto: paksurusto henkitorven yläpuolella, kannusrustot (2 kpl): rengasruston päällä, kurkunkannenrusto (epiglottis): sulkee kurkunpään nielemisen aikana
  • kurkunpää osallistuu myös äänenmuodostukseen: (äänihuulet (=äänijänne + lihas + limakalvo) ovat kiinni kannusrustoissa. Kurkunpää sulkeutuu mm. nieltäessä, puhuttaessa ja yskittäessä
  • äänenmuodostuksessa eli fonaatiossa äänihuulet saavat uloshengitettävän ilman värisemään. Muodostuneeseen ääneen vaikuttavat myös ylemmät hengtystiet, kieli, posket, hampaat ja huulet (artikulaatio). Kaikukammioina toimivat nielu ja ontelot.

Henkitorvi

  • alkaa kurkunpäästä ja haarautuu alhaalta oikeaksi ja vasemmaksi pääkeuhkoputkeksi (pääbronkukset)
  • U:n muotoiset rustot (15-20 kpl) tukevat vatsanpuolella, selänpuolella on sidekudosta

Pääkeuhkoputket haarautuvat keuhkoputkiksi eli bronkuksiksi. Keuhkoportin kautta keuhkoon kulkevat keuhkoputkeyt, keuhkovaltimot ja -laskimot sekä imuteitä. Keuhkoputket haarautuvat yhä pienempiin haaroihin rustokudoksen samalla vähetessä, pienimpiä keuhkoputken haaroha (läpimitta 1 mm) ympäröi ainoastaan sileä lihaskudos

Keuhkot

Oikealla puolella kolme ja vasemmalla puolella kaksi lohkoa, jotka jakaantuvat jaokkeisiin eli segmentteihin (molemmissa n. 10). Kuhunkin jaokkeeseen kulkee oma keuhkoputken haara, joka edelleen haarautuu yhä pienemmiksi putkiksi. Keuhkoputkien pienimmät haarat päätyvät keuhkorakkuloihin eli alveoloihin, joista keuhkokudos pääasiassa muodostuu.


Keuhkoa ympäröi keksilehtinen kalvo, keuhkopussi elu pleura. Sisempi lehti on kiinni lujasti keuhkon pinnassa ja menee myös lohkojen väliin, ulompi lehti verhoaa rintaontelon sisäseinämää. Pleuraontelossa on alipaine, joka johtuyuy eri suuntaan vetävistä kudoksista; rintakehän seinämä vetää pussia ulospäin ja keuhkot vetävät pussia sisäänpäin. Keuhkojen kokoonvetäytymistaipumus johtuu kudoksen kimmoisuudesta ja nestekalvon pintajännityksestä keuhkorakkuloiden pinnalla. Surfaktantti vähentää tätä pintajännitystä.

Välikarsina

Välikarsina eli mediastinum on keuhkopuoliskojen väliin jäävä tila. Se rajoittuu alhaalla palleaan ja jatkuu ylhäällä ilman rajaa kaulaan. Se sisältää kaikki muut rintaontelon elimet paitsi keuhkot ja keuhkopussin: etuosassa on mm. sydän ja kateenkorva, näiden takana rinta-aortta, ylä- ja alaonttolaskimo, rintatiehyt, ruokatorvi, henkitorvi ja suurimmat keuhkoputket.

Hengityslihakset

Sisäänhengitys: Tärkeimmät ovat pallea ja uloimmat kylkivälilihakset. Iän mukana rintakehä jäykistyy ja palleahengityksen osuus kasvaa. Pallea on holvimaisesti ylöspäin kaartuva, luisen rintakehän alareunoista lähtevä lihas. Se muodostaa rintaontelon ja vatsaontelon välisen rajanb. Kun pallea supistuu, sen muodostama holvi mataloituu, keuhkot laajenevat alaspäin ja ilma virtaa niihin. Uloimmat kylkivälilihakset nostavat supistuessaan kylkiluita ja samalla rintaontelo laajenee sivulle ja eteenpäin.

Uloshengitys: passiivista rauhallisessa hengityksessä. Kiivaasti hengittäessä sisempien kylkivälilihasten supistuminen aiheuttaa rintaontelon supistumisen ja ilman virtaamisen ulos (myös vatsalihakset toimivat uloshengityksessä). Keuhkoputkien ja keuhkorakkuloiden paineenvaihtelut ovat keskeisessä asemassa ventilaatiossa, sillä ilma liikkuu passiivisesti paine-erojen mukaan. Keuhkorakkuloiden alipaine saa aikaan ilman virtauksen niihin ja sisäänhengityksen ylipaine saa aikaan ilman virtauksen ulos rakkuloista uloshengityksen aikana.

Hengityselinten paineet

Keuhkopussin ontelossa on alipaine, joka johtuu keuhkojen pyrkimyksestä painua kasaan ja rintakehän pyrkimyksestä laajentua. Keuhkojen taipumus vetäytyä kokoon johtuu keuhkokudoksen kimmoisasta rakenteesta ja keuhkorakkuloiden ohuen nestekalvon pintajännityksestä (jonka takia kukin rakkula pyrkii pienenemään). Tavallisesti keuhkojen vetäytymistä ei tapahdu, koska keuhkot eivät pääse irtautumaan rintakehän seinämästä ja lisäksi keuhkorakkuloiden supistumista hillitsee pintajännitystä vähentävä rasva-aine surfaktantti, jota erittävät alveolien seinämän erityiset solut. Näin alveolinesteen pintajännitys on vain n. 1/10 veden pintajännityksestä. Keskosten kehittymättömien keuhkojen surfaktanttituotanto on vajavaista, mikä johtaa usein hengitysvaikuksiin pintajännityksen vetäessä keuhkorakkuloita kiinni (RDS= respiratory distress syndrome).


Alipaine pleuraontelossa on hengitysvaiheesta riippuen 0,3-0,8 kPa pienempi kuin ulkoilman paine. Jos keuhkopussionteloon pääsee ilmaa, alipaine häviää ja syntyy ilmarinta (pneumothorax). Avoin ilmarinta tarkoittaa tilaa jossa ilmaa pääsee esteessä pleuraonteloon ja sieltä ulos. Toispuolisena tila ei ole hengenvaarallinen. Paineilmarinta on paljon vakavempi; joskus ilmarinnan aiheuttaneeseen haavaan tulee kudosriekaleesta läppä, joka päästää ilmaa vain pleuraonteloon mutta ei ulos. Tällöin pleuraontelobn ilmamäärä ja piane kasvavat jokaisella hengenvedolla ja tila on hengenvaarallinen, koska paine puristaa välikarsinan elimiä ja voi aiheuttaa mm. sydänlihaksen vaurioita ja rytmihäiriöitä.

Komplianssi

Keuhkokudoksen elastisuus, jousto. Komplianssin kaava on C= tilavuuden muutos / paineen muutos. Komplianssi kuvaa siis tilavuuden muutosta suhteessa muutokseen tarvittavaan paineeseen. Kun komplianssi on suuri, riittää pieni paineen muutos saamaan aikaan muutoksen tilavuudessa. Jos komplianssi on pieni, tarvitaan suurempi paine saamaan aikaan saman muutoksen tilavuudessa.


Nuoren aikuisen keuhkot ovat kuin märkä taulusieni: jos niiden muoto muuttuu, palautuu muoti myös ennalleen automaattisesti muutoksen aiheuttaneen voiman poistuessa. Sanotaan, että tällöin keuhkojen komplianssi on normaali.


Vanhuksen ja COPD-potilaan keuhkokudos on höttöistä ja muistuttaa enemmän mätää herkkusientä kuin märkää taulusientä. Keuhkojen muodonb muutokseen tarvitaan vain vähän voimaa, mutta kudoksessa ei ole tarpeeksi kimmoisuutta palautua takaisin entiseen muotoonsa. Komplianssi on tälkklöin suuri. Silikoosissa keuhkojen komplianssi on pieni ja keuhkot ovat kuin kuiva taulusieni. Tarvitaan paljon voimaa avaamaan alveolit sisäänhengityksessä.

Hengitystilavuudet

Aikuisen normaali hengitystiheys on levossa 12-14 krt/min ja minuuttitilavuus n. 6-7 litraa, kun jokaisella hengenvedolla vedetään keuhkoihin noin 0,5 l ilmaa. Lihastyö vaikuttaa sekä hengitystiheyteen että tilavuuteen. Lapset hengittävät aikuista tiheämmin.


Ventilaatiota tutkitaan spirometrilaitteella. Spirometriassa mitataan keuhkojen tuuletuskykyä ja havaitaan mahdolliset toimintahäiriöt. Spirometriaa käytetään kun epäillään kroonista keuhkosairautta.


a) staattisessa spirometriassa turkitaan hengitystilavuuksia, mutta siinä ei kiinnitetä huomiota virtausnopeuteen

  • lepotilassa ilmamäärä n. 500 mkl = normaali hengitystilavuus
  • tavallisen sisäänhengitysken jälkeen keuhkoihin voidaan vetää ilmaa vielä n. 3000 ml lisää = sisäänhengityksen varatila
  • uloshengityksen varatila on se ilman tilavuus, joka voidaan aktiivisella ponnistuksella saada ulos, n. 1000 ml
  • äärimmäisen uloshengityksen jälkeenkin keuhkoihin jää ilmaa jäännöstilavuuden verran, eli n. 1500 ml
  • vitaalikapasiteetilla tarkoitetaan sitä ilmamäärää, joka maksimaalisen sisäänhengityksen jälkeen on maksimaalisesti puhallettavissa ulos (3000 + 500 + 1000 ml = 4500 ml)
  • keuhkojen kokonaiskapasiteettiin (koknaistilavuus) lasketaan lisäksi jäännösilmatila (4500 + 1500 ml = 6000 ml)

Luvut nuoren terveen miehen arvoja, naisen 20-25% pienemmät


b) dynaamisessa spirometriassa tutkitaan hengitystilavuuksia huomioiden hengitysilman virtaamisnopeus

  • sekuntitilavuus eli sekuntikapasiteetti (FEValaindeksi1) tarkoittaa ilmamäärää, jonka tutkittava pystyy puhaltamaan ulos ensimmäisen sekunnin aikana vedettyään ensin keuhkonsa mahdollisimman täyteen ilmaa
  • sekuntitilavuuden prosenttiosuus vitaalikapasiteetista (FEV%), normaalisti se on 80%
  • huippuvirtausnopeus uloshengityksen aikana
  • maksimiventilaatiolla tarkoitetaan suurinta ilmamäärää, jonka henkilö saa mahdollisimmanb syvään ja nopaan hengittämällä käymään hengityselimissään minuutin aikana

Diffuusiokapasiteetilla kuvataan kaasujen siirtymistä alveoleista verenkiertoon. Tutkittavalle annetaan hengitettäväksi kaasuseosta, jonka merkkikaasun määrä tunnetaan. Merkkikaasuna käytetään tavallisimmin hiilimonoksidin ha heliumin sekoitusta. Tutkittava pidättää hengitystään n. 10 sekuntia, hengittää ulos ja uloshengittysilma analysoidaan. Mikäli alveolien seinämät ovat paksuuntuneet (tulehdus, keuhkofibroosi) tai alveolien määrä on vähentynyt niiden väliseinien hajoamisen takiua (emfyseema, COPD), pienenee diffuusiokapasiteetti.

Keuhkorakkuloiden tuuletus

Osa hengitysilmasta jää hengitysteihin eikä mene alveoleihin asti; tätä hengitysteiden tilavuutta sanjotaan kuolleeksi tilaksi (n. 150 ml). Keuhkorakkuloiden tuuletuksella tarkoitetaan sitä ilmamäärää, jokla pääsee alveoleihin asti minuutissa -> hengitysilma n. 500 ml - kuollut tila n. 150 ml = keuhkorakkuloiden tuuletus 350 ml. Kuoleella tilalla tarkoitetaan sitä ilmamäärää, joka täyttää hengitystiet suusta keuhkoihin asti. Kun hengitetään ulos, eivät keuhkoputki ja suuontelo tyhjene ilmasta, vaan tämä sama ilma menee ensimmäiseksi sisään keuhkoihin sisäänhengittäåessä. Kaikki keuhkoihin tuleva ilma ei siten ole raikasta, hapekasta ulkoilmaa.

Miksi snorklaaja kuolee?

Kaasujen vaihtuminen keuhkorakkuloissa

Hengityskaasujen määristä puhuttaessa käytetään yksikkönä osapainetta (osuus vallitsevasta kokonaisilmanpaineesta). Kokonaisilmanpaine riippuu mittauspaikan korkeudesta merenpinnan tasosta. Merenpinnassa se on n. 101,3 kPa (760mmHg) ja siitä osapaine on 21,3 kPa (152mmHg). Korkeammalle siirryttäessä hapen %-osuus pysyy samana mutta kokonaispaine pienenee, ja siten myös hapen osapaine. Kaasut pyrkivät aina siirtymään suuremmasta osapaineesta pienempään ja hengityskaasut kulkeutuvat osapaine-erojen mukaisesti passiivisesti diffuntoitumalla ilman ja elimistön välillä. Meren tasolla ulkoilman hapen osapaine on 21,1 kPa ja hiilidioksidin 0,04 kPa.


Alveoli-ilmassa hapen osapaine on n. 13,3 kPa ja hiilidioksidin osapaine 5,3 kPa. Ero ulkoilmaan johtuu siitä että vain osa alveoli-ilmasta korvautuu yhdessä hengenvedossa uudella ilmalla. Syynä tähän on mm. kuollut tila. Lisäksi alveoleissa tapahtuu koko ajan kaasujen vaihtoa. Osapaine-erojen mukaisesti happea siirtyy alveoli-ilmasta vereen ja hiilidioksidia päinvastaiseen suuntaan.


Aikuisella alveoleita on n. 300 milj. ja kokonaispinta-ala 70-100 m2. Veri on keuhkorakkuloiden seinämissä ohuena kerroksena joten kaasujen vaihto on tehokasta. Päästäkseen ilmasta vereen happimolekyylin on kuljettava läpi alveolinestekerroksesta, alveoliepiteelistä, elveoliepiteelin ja hiussuonen endoteelistä (matka 0,2 - 1 mikrometriä, aika 1/4 sekuntia).

Hapen kulku keuhkoista kudoksiin

Hengitysilman kaasujen siirtyminen verenkierron ja hengitysilman välillä tapahtuu alveoleissa diffuusiolla (kuljettava matka alveolin seinämästä kapillaariin 0,4 mikrometriä). Hapen liukoisuus veteen ja vereen on niin pieni että jos kudosten hapensaanti riippuisi pelkästää bsiitä, sydämen pitäisi pumpata verta 140 l/min.


Kuitenkin sydämenb n. 5 l/min pumppausteho riittää koska punasolut osallistuvat hapen kuljetukseen (hemoglobiini sitoo happea, joten 1 l verta mahtuu 200cm2 happea).

Kaasun liukenemisella nesteeseen on myös omat "sairautensa", jonka sukeltajat tuntevat. Oireyhtymän kansanomainen nimi on sukeltajan tauti. Tauti havaittiin jo 1700-luvulla sukelluskelloja käytettäessä. Huomattiin, että pitkään sukeltaneiden niveliä alkoi pinnalla salaperäisesti särkeä. Kouristukset saattoivat olla hyvinkin voimakkaita ja aiheuttaa tajuttomuuden, jopa kuoleman. Sukeltajan taudissa veden alla vallitsevassa paineessa sukeltajan hengittämästä ilmasta liukenee typpeä hönen keuhkoonsa Henryn lain mukaisesti. Sukeltajan noustessa takaisin pinnalle, kudoksiin liuennut typpi kuplii samoin kuin avattu virvoitusjuoma. Typpikuplat aiheuttavat verenvuodon estymistä, hermostollisia häiriöitä ja kipua.

Henryn laki

Kaasut liukenevat nesteisiin osapaineidensa mukaisesti, eli 21% happi muodostaa 21% ilman paineesta ja liukenee vastaavassa osuudessa nesteeseen. Henryn vakio kaasulle kertoo sen liukenemisesta erilaisiin nesteisiin tietyssä lämpötilassa.


Keuhkokapillaariin tulevan veren happiosapaine on 5,3 kPa. Alveoli-ilmassa ja keuhkokapillaarista lähtevässä veressä happiosapaine on n. 13,3 kPa.


Veressä 99% hapesta on sitoutuneena hemoglobiiniin, loput liuenneena plasmaan tai punasolujen nesteeseen. Huomaa, että n. 1-2% hemoglobiinista ei happeudu veren kiertäessä myös muussa keuhkokudoksessa tai pleurassa. Kudoksissa happi diffuntoituu verestä soluihin suuremmasta happiosapaineesta (5,3 kPa) pienempään. Hapen osapaine useimmissa soluissa on n. 4,7 kPa.


(Huom: Hapettuminen (hapen liittyminen molekyyliin ja /tai elektronin ja protonin luovuttaminen) ei ole sama asia kuin happeutuminen (happimolekyylin sitoutuminen hemoglobiiniin).

Verenpunan hapenkuljetus

Hemoglobiinissa on 4 peptidiketjua, joissa kussakin on "tasku" ja siinä hemi (porfyriiniyhdiste). Happi sitoutuu hemin keskellä olevaan rauta-atomiin. Yksi hemoglobiinimolekyyli kuljettaa neljää happimolekyyliä. Valtimoveren hemoglobiinin happikyllästeisyys on n. 97% ja laskimoveren (lepotilassa) n. 75%. Noin 25% valtimoveren hapesta eli yksi hemoglobiinin neljästä happimolekyylistä jää siten kudoksiin. Laskimoveren hemoglobiinilla on vielä kolme happimolekyyliä kuljetettavanaan, ikään kuin varastossa tiukkoja tilanteita varten.


Hemoglobiinin kykyyn sitoa happea vaikuttaa hiilidioksidin osapaine, pH ja lämpötila. Hemoglobiinin happikyllästeisyyttä hapen osapaineen suhteen kuvataan dissosiaatiokäyrällä, jonka kuvaaja on S-kirjaimen muotoinen.

Oksihemoglobiinin dissosiaatiokäyrästä

X-akselilla ilmoitetaan aina hapen osapaine elohopeamillimetreissä tai kilopascaleina. (opettele muuntokertoimet)


Y-akselilla kerrotaan kuinka monta prosenttia hemoglobiinista sitoo happea. Koska hemoglobiinin happikyllästeisyys keuhkoista lähtiessä on 97%, on 97% korkein mahdollinen y:n arvo. Yksinkertaistaen voi ajatella yhtä hemoglobiinimolekyyliä joka keuhkoista lähtiessään sitoo neljä happea (97%), normaalitilanteessa luovuttaa kudoksiin yhden hapen (25%) ja keuhkoihin tullessaan kantaa vielä kolmea happea (75%).

Hapen osapaineen ollessa x-akselilla 100mmHg on hemoglobiinin happipitoisuus y-akselilla n.97%. Samoin, kun hapen osapaine laskimoveressä x-akselillla on 40mmHg, voi y-akselilta lukea hemoglobiinin happisaturaatioksi n.75%.


Muista: kun laskimoveressä on 75% happea, on ymmärrettävä että kudoksiin on jäänyt y-akselilla 97% - 75 % = 22 % happea.


Jos kudoksista palaavan laskimoveren happiosapaine olisi raskaan työn takia 10mmHg, lukisimme y-akselilta laskimoveren olevan n.13%:sti happeutunutta. Tällöin kudoksiin olisi jäänyt 97 - 13 = 84 happea eli 62 prosenttiyksikköä enemmän kuin normaalitilanteessa.

Käyrän siirtyminen oikealle tai vasemmalle: sopeutuminen pH:n, lämpötilan ja hiilidioksin määrän muutokseen, sillä tällöin samassa hapen osapaineessa jää kudoksiin enemmän tai vähemmän happea verrattuna normaalitilanteeseen.


Kun pH laskee, CO2 kertyy kudokseen tai kudoksen lämpötila nousee -> käyrä siirtyy oikealle. Esim. pH:n ollessa normaali 7,4 on laskimoveren (hapen osapaine 40mmHg) happikyllästeisyys n. 75%, jolloin kudoksiin on jäänyt 22% happea. Kun pH on 7,2 on saman laskimoveren happisaturaatio enää n. 65% ja kudoksiin on jäänyt happea 32%. Kun pH nousee -> käyrä siirtyy vasemmalle, CO2 vähenee ja lämpötila laskee. Tällöin kudosten hapenkulutus vähenee.

Kudosten hapenkulutuksen kasvaessa hiussuonien verenpunan happikyllästeisyys pienenee jyrkästi, koska happea jätetään enemmän kudokseen. Hemoglobiini toimii kudosten happipuskurina, koska normaalitilanteessa siinä on laskimoveressäkin kiinni kolme happimolekyyliä. Kudosten hapensaanti ei siksi muutu, vaikka iman hapen määrä muuttuisikin.


Lihaspuna eli myoglobiini toimii lihaksissa: se vapauttaa sitomansa hapen palamisreaktioihin, kun hapen osapaine on lähellä nollaa. Häkä eli hiilimonoksidi sitoutuu hemoglobiiniin 250 kertaa lujemmin kuin happi.

Hiilidioksidin kulku kudoksista keuhkoihin

Hengityksen säätely

Solujen aineenvaihdunnassa syntynyt hiilidioksidi diffundoituu kudosnesteen kautta vereen, jossa se kulkee eri muodoissaan keuhkoihin (CO2 diffundoituu helpommin kuin happi).


CO2-osapaineet:
solunsisäinen 6,1 kPa
kudosnesteessä 6,0 kPa
valtimoveressä 5,3 kPa
laskimoveressä 6,0 kPa

Kuljetusmuodot

  1. 5% liuenneena vereen.

Korkea CO2 osapaine auttaa happea irtautumaan hemoglobiinista kudoskapillaareissa, koska CO2 pienentää kudoskapillaarien pH:ta ja hemoglobiinin kyky sitoa happea pienenee, kun siitä tulee karbaminohemoglobiinia.

  1. 89% osa regoi veden kanssa punasolussa muodostaen hiilihappoa. Reaktiota nopeuttaa punasolun karboanhydraasi-entsyymi (KAH):
    CO2 + H2O -> H2CO3

Hiilihappo dissosioituu melkein täydellisesti vety-ioniksi ja bikarbonaatti-ioniksi:
H2CO3 -> H(kationi) + HCO3(yläindeksi miinus)


Syntyneet vetyionit liittyvät hemoglobiiniin, joka näin toimii puskurina . Veren puskurointikyky perustuu pääasiassa hemoglobiiniin.

  1. 6% osa punasoluun diffundoituvasta CO2:sta muodostaa hemoglobiiniin sitoutuessaan karbaminohemoglobiinia. Sitoutuminen tapahtuu erikohtaan kuin happi ja löyhällä sidoksella.

Idea on turvata kudoksille kussakin tilanteessa tarvittava määrä happea, poistaa hiilidioksidi ja huolehtia happoemästasapainosta erittämällä happoja pois hiilidioksidina.


Esim. rikki- ja fosforihappo dissosioituvat elimistössä ja luovuttavat happamuutta aiheuttavia vetyioneita. Verenkierrossa vetykarbonaatti liittyy vetyioniin ja muodostuu karboanhydraasi-entsyymin avulla vettä ja hiilidioksidia. On laillista ajatella että hiilidioksidia hengitettäessä poistetaan happoja. Samaan yhtälöön vetykarbonaatin voi ajatella emäkseksi.
H(kationi) + HCO3(miinus yläindeksi) -> H2CO3 -> CO2 + H2O


Hengitysosamäärästä:


Kukin keuhkoista lähtenyt verilitra vie kudoksille n. 2 mmol (50 ml) happea. Keuhkoihin palaa kuitenkin vain n. 1,6 mmol (40 ml) hiilidioksidia, sillä happea kuluu myös ravintoaineissa olevan vedyn polttamiseen vedeksi.


Hengitysosamäärä = hiilidioksidituoton suhde hapenottoon

Ydinjatkeen hengityskeskus säätelee keuhkotuuletusta tarpeen mukaan siten, että hapen ja hiilidioksidin osapaineet veressä pysyvät suunnilleen muuttumattomina.


Aivosillassa on rytmisyyden säilyttämisessä avustavia keskuksia. Keuhkojen venytykseen reagoivat mekkanoreseptorit välittävät ärtyessään tiedon vagus- eli kiertäjähermon hengityskeskukselle. Hengityksen säätelyyn osallistuvat myös sentraaliset ja perifeeriset kemoreseptorit. Hengityskeskukseen vaikuttavat siis humoraaliset ja neuraaliset säätelytekijät.

  1. Humoraalinen säätely
    Humoraalisesta säätelystä puhutaan silloin kun säätelyyn vaikuttavat aineet kulkevat verenkierron mukana. CO2 on tärkein hengityksen stimuloija (happihoidossa puhtaan hapen sijasta käytetään yleensä karbogeeniä, jossa on 95% O2 ja 5% CO2). Sen vaikutus perustuu osaksi vetyioneihin. Muutkin hapot lisäävät keuhkotuuletusta, sillä on tärkeää saada hapot pian pois elimistöstä. Hengityksen ja verenkierron säätelyjärjestelmät kulkevat käsikädessä: happamuus kiihdyttää myös kudosten verenkiertoa aiheuttamalla artetiolien vasodilataatiota. Hengitys kiihtyy veren happamuuden takia myös urheilusuorituksen aikana, kun lihaksista vapautuu vereen maitohappoa ja kiihtyneen soluhengityksen vuoksi runsaasti hiilidioksidia. Kiihtynyt hengitys lisää hapen diffundoitumista vereen, ja takaa siten lihasten soluhengitytksen jatkuvuuden.

Hapen puute stimuloi hengitystä suhteellisen vähän ja muut säätelymekanismit ehtivät ensin. Alhaisessa happiosapaineessa voi muodostua hapenpuutos valtimoveren ollessa n. 60%:sti happeutunut normaaliin verrattuna. Hengityskeskus alkaa reagoida hapenpuutteeseen ja keuhkotuuletus lisääntyy. Veren O2- ja CO2-pitoisuutta mittaavia kemoreseptoreja on yhteisen kaulavaltimon haarautumiskohdassa ja aortankaaren lähellä olevissa keräsissä; kemoreseptorisolut välittävät tiedon hermosyitä pitkin aivoihin.

  1. Neuraalinen säätely
    Normaalisti neuraalinen säätely on humoraalista säätelyä tärkeämpi. Voimakkaan lihastyön aikana neuraalinen säätely on niin tehokasta, ettei humoraaliseen säätelyyn vaadittavia olosuhteita ehdi muodostua. Tähän säätelyyn kuuluvat keuhkoputkiin ja keuhkoihin liittyvät venytysreseptorit. Ne reagoivat keuhkojen venytykseen ja lähettävät sisäänhengityskeskukseen ehkäiseviä impulsseja (Hering-Breuerin hejaste). Keuhkojaan ei siis voi räjäyttää sisäänengittämällä.

Hengityselinten heijasteita ovat yskänheijaste, aivastusheijaste, nikotus ja haukottely. Yskänkeskus säätelee yskänheijastetta, ja tämän keskuksen toimintaan voidaan vaikuttaa lamauttavilla yskänlääkkeillä.

Esimerkkejä hengityselinten häiriöistä:

  • riittämätön keuhkotuuletus: hengityshalvaus, tukos, taudit (keuhkotulehdus, astma)
  • hypoksia: vähentynyt hapensaanti
  • anoksia: hapen täydellinen puuttuminen
  • hyperkapnia: hiilidioksidin liiallinen kertyminen elimistöön
  • asyfaksia: yhtä aikaa hypoksiaa ja hyperkapniaa
  • dyspnea: hengenahdistus
  • syanoosi: ihon ja limakalvojen sinisyys, joka johtuu hemoglobiinin alhaisesta happisaturaatiosta, koska happensa osaksiskin menettänyt hemoglobiini on tummansinertävää. (laskimoverikin tästä syytä siniseltä näyttävää)