Organizm człowieka jako zintegrowana całość
5. Układ oddechowy - wentylacja
warunkująca oddychanie tlenowe
! wymiana gazowa
Zdecydowana większość zwierząt, a także człowiek, potrzebuje tlenu do
przeprowadzenia wydajnego utleniania wewnątrzkomórkowego*. Jednym
z produktów tego procesu jest dwutlenek węgla. Pierwszy z wymienionych
gazów - tlen - musi być dostarczony z zewnątrz - ze środowiska. Dwutlenek węgla zaś - usunięty z wnętrza organizmu. Taka wymiana gazowa między organizmem a otoczeniem nazywana jest oddychaniem (respiracją).
Wymiana gazowa jest dyfuzją prostą. W warunkach środowiska lądowego
o jej wydajności decydują więc przede wszystkim następujące czynniki:
wielkość powierzchni wymiany gazowej, a także sprawność wentylacji
układu oddechowego.
Pewien udział w wymianie gazowej człowieka ma także skóra. Jednak
ze względu na niewielkie znaczenie oddychania przez skórę nie będziemy tego zjawiska analizować.
5.1. Budowa i czynności układu oddechowego
Układ oddechowy człowieka dzieli się na drogi oddechowe oraz płuca.
Drogi oddechowe obejmują jamę nosową, gardło, krtań, tchawicę
oraz oskrzela główne, które wchodzą do parzystych płuc (ryc. 69).
DROGI
ODDECHOWE
jama nosowa
gardło
krtań
tchawica
oskrzela
główne
I
PŁUCA
płuco prawe
płuco lewe
przełyk
Ryc. 69. Model układu oddechowego człowieka - widok ogólny od przodu i z boku
* Zachodzi ono także w komórkach wszystkich tlenowców (aerobów): glonów, roślin i wielu
grzybów oraz części bakterii.
76
5. Układ oddechowy - wentylacja warunkująca oddychanie tlenowe
Każde płuco zamknięte jest w jamie opłucnej, której wilgotna powierzchnia zmniejsza tarcie między płucami i klatką piersiową podczas oddychania.
Wdychane powietrze dostaje się do nosa (ryc. 70). Tam ulega ogrzaniu, nawilżeniu i oczyszczeniu z kurzu, bakterii i innych drobnych zanieczyszczeń. Jest to możliwe dzięki wyścieleniu jamy nosowej silnie unaczynioną błoną śluzową z nabłonkiem wielowarstwowym migawkowym,
zawierającym liczne komórki śluzowe. Dlatego oddychanie przez nos
jest zalecane przez lekarzy. W jamie nosowej znajduje się urzęsiony nabłonek węchowy, tworzący niewielkie pole węchowe. U człowieka ma
ono zaledwie 5 cm2 powierzchni, ale jego komórki pozwalają nam odróżnić kilka tysięcy różnych zapachów. Sygnał z pola węchowego przenosi się nerwami węchowymi do mózgowia.
Jama nosowa łączy się od tyłu z gardłem - gdzie krzyżują się drogi: oddechowa z pokarmową. Z gardła wdychane powietrze dostaje się do krtani. Narząd ten jest złożonym zespołem chrząstek (jedną z nich jest tzw.
chrząstka tarczowata, której wyniosłość nazywana jest u mężczyzn jabłkiem Adama), więzadeł i mięśni, które umożliwiają wydawanie dźwięków.
Wejście do krtani ograniczone jest nagłośnią. Poniżej, w najwęższej części
krtani, znajdują się fałdy głosowe nazywane czasem strunami głosowymi,
które ograniczają szparę głośni*.
kość nosowa
przepływ powietrza w drogach
oddechowych
krtań
pole węchowe
tchawica
jama nosowa
podniebienie
oskrzela
główne
gardło
nagłośnia
krtań
Ryc. 70. Początkowe odcinki drogi oddechowej (A) oraz tchawica i oskrzela (B)
Z krtani wdychane powietrze przechodzi do tchawicy - nieco spłaszczonej, sprężystej rury, wzmocnionej licznymi chrząstkami. W klatce
piersiowej tchawica rozgałęzia się na dwa oskrzela główne o budowie
podobnej do samej tchawicy.
* W zależności od budowy krtani, napięcia fałdów głosowych i prędkości powietrza wydychanego przez szparę głosową wydajemy dźwięki o różnej wysokości i natężeniu.
77
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
Płuca człowieka tworzą czynną powierzchnię wymiany gazowej.
budowa płuc
oskrzelik
pęcherzyk
płucny
Oskrzelami głównymi wdychane powietrze przedostaje się do płuc
(prawego i lewego). Płuca są pęcherzykowatymi narządami o płatowej
budowie: w płucu prawym wyróżnia się trzy płaty, w lewym - dwa. Do
każdego z płatów dochodzi odpowiednie rozgałęzienie oskrzeli głównych - oskrzela płatowe (ryc. 70 B, s. 77). Każde dzieli się na coraz drobniejsze i bardziej rozgałęzione oskrzeliki.
drobne
Najdrobniejsze oskrzeliki kończą się wonaczynia
reczkowatymi rozszerzeniami, których
krwionośne
uwypuklenia - pęcherzyki płucne - stanosieć naczyń
wią właściwą czynną powierzchnię wymiany gazowej (ryc. 71). Liczbę pęcherzyków
w płucach człowieka szacuje się na 300-500
milionów, a ich łączną powierzchnię na
około 90 m2. Pęcherzyki płucne oplecione
są niezwykle rozbudowaną siecią naczyń
włosowatych.
Ryc. 71. Pęcherzyki płucne mają bardzo cienkie
ściany zbudowane z nabłonka jednowarstwowego
płaskiego.
Wentylacja płuc polega na rytmicznych wdechach i wydechach.
ruchy oddechowe
Całkowita pojemność płuc:
pojemność życiowa
pojemność zalegająca
78
Przewietrzanie płuc zapewniają ruchy ssąco-tłoczące klatki piersiowej (ryc. 72). Wdech powodowany jest skurczem mięśni oddechowych:
przepony rozpiętej na łuku żeber dolnych oraz mięśni międzyżebrowych, rozciągniętych na żebrach. Rozciągnięcie klatki piersiowej we
wszystkich trzech kierunkach prowadzi do zwiększenia objętości płuc
i wytworzenia podciśnienia zasysającego powietrze. Wydech jest aktem
biernym*. Zatem rozluźnienie mięśni oddechowych powoduje, że sprężysta klatka piersiowa, a więc i płuca powracają do pierwotnych rozmiarów. Lekkie nadciśnienie wytłacza wówczas powietrze z płuc.
Podczas spokojnego wdechu i wydechu dochodzi do wymiany około
500 cm3 powietrza. Jest to tak zwana objętość oddechowa (ryc. 73).
Pogłębienie wdechu pozwala pobrać dodatkowe 2 500 cm3 powietrza
(objętość uzupełniająca). Z kolei pogłębienie wydechu pozwala na usunięcie 1 200 cm3 powietrza (objętość zapasowa). Między stanem najgłębszego wdechu i wydechu wymieniane jest jednorazowo około 4 200
cm3 powietrza. Jest to tak zwana pojemność życiowa płuc. Jednak nawet
najgłębszy wydech nie doprowadza do całkowitego zapadnięcia się płuc
- wciąż zostaje w nich 1 200 cm3 powietrza zalegającego. Dopiero gdy
dodamy pojemność życiową i zalegającą, otrzymamy całkowitą pojemność płuc.
* Nie dotyczy to wydechu pogłębionego.
5. Układ oddechowy - wentylacja warunkująca oddychanie tlenowe
WDECH
opłucna
POWIETRZE WDYCHANE
78% azotu
21% tlenu
0,03% C 0 2
ok. 1% innych gazów
przepona
POWIETRZE WYDYCHANE
78% azotu
17% tlenu
4% C 0 2
ok. 1% innych gazów
nasycone parą wodną
Ryc. 72. Podczas oddechów klatka piersiowa rytmicznie zmienia swoją objętość.
W spoczynku wykonujemy średnio 16 oddechów na minutę, co daje
wentylację minutową na poziomie 8 dm3 (16 x 500 cm3). W czasie wysiłku
wartość ta może wzrosnąć prawie 20
razy. Za regulację pracy układu odObjętość:
4 $
dechowego odpowiedzialny jest ośrodek oddechowy, zlokalizowany
dopełniająca
' wi
w rdzeniu przedłużonym. Głównym
CO
3
E
1
czynnikiem powodującym przyspiel c/>
1•
oddechowa
\ / \
szenie wentylacji jest wzrost stężenia
3
Qdwutlenku węgla we krwi.
m
1
zapasowa
Ryc. 73. Całkowita pojemność płuc człowieka wynosi około 5 dm3.
zalegająca
/
.
^
co 2500 cm 3
£
o
£
-N
w 500 cm 3
8
E
V\
*
1200 cm 3
CL
1200 cm 3
•
F
7
79
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
5.2. Higiena i niektóre choroby układu oddechowego
Na sprawność wymiany gazowej mają wpływ także czynniki zewnętrzne.
| znaczenie wentyI lacji pomieszczeń
Dla prawidłowej wentylacji ustroju ważne jest, aby powietrze było wolne od zanieczyszczeń pyłowych i chemicznych. Pracując w pomieszczeniach zamkniętych, należy dbać o ich prawidłową wentylację. W przeciwnym razie może obniżyć się tam stężenie tlenu. Jeśli spadek jest niewielki
- do około 15% objętościowych (113 mmHg) - nasz organizm zareaguje
pogłębieniem oddechów i przyspieszeniem pracy serca, zmniejszy się także wydolność umysłowa. W specyficznych sytuacjach może dojść do większego spadku - do około 12% objętościowych powietrza (ok. 90 mmHg).
Wówczas nasilają się objawy niedotlenienia (przerywanie oddechu, osłabienie i ospałość). Dalszy spadek stężenia tlenu grozi już uduszeniem.
W życiu codziennym znacznie większe jest jednak zagrożenie zatruciem
zatrucia tlenkami
węgla
tlenkami węgla ulatniającymi się na przykład z niesprawnych instalacji
kominowych lub pieców. Szczególnie niebezpieczny jest tlenek węgla
(czad), gdyż jego powinowactwo do hemoglobiny jest około 200 razy
większe niż tlenu. Dlatego już przy zawartości 0,1% CO w powietrzu prawie 80% hemoglobiny zostaje związane w postaci hemoglobiny tlenkowęglowej, która nie przenosi tlenu. Rozłożenie zablokowanej tlenkiem
węgla hemoglobiny trwa bardzo długo.
J nikotyna
O szkodliwości palenia tytoniu nie trzeba chyba nikogo przekonywać, ponieważ szkodliwy wpływ substancji zawartych w dymie papierosowym został
udowodniony naukowo (będziemy go jeszcze analizować, por. rozdz. 14).
Ci, którzy się nie przejmują szkodliwością palenia,
powinni wiedzieć, że w wypadku zachorowania, na
PALENIE TYTONIU
przykład na raka płuc, najprawdopodobniej żaden
POWODUJE
koncern tytoniowy nie będzie wypłacał odszkodowań, gdyż informacje o szkodliwości palenia są
RAKA
umieszczone na każdej paczce papierosów. Poważne
Minister Zdrowia
problemy pojawią się także przy próbach uzyskania
Ryc. 74. Zanim sięgniesz po papierosa, po
świadczeń od firm ubezpieczeniowych (wystarczy
myśl o konsekwencjach palenia.
przejrzeć najnowsze polisy ubezpieczeniowe!).
Substancje szkodliPoważnym zagrożeniem dla zdrowia jest też azbest - włóknisty minerał,
we:
jeszcze niedawno stosowany w budownictwie. Drobiny azbestu gromadzą
- azbest
się w płucach i są przyczyną chorób nowotworowych. Z kolei górnicy w ko- pył węglowy
palniach węgla kamiennego często cierpią z powodu pylicy węglowej płuc
wczterotlenek oło(zob. również rozdz. 12).
wiu
Może zdarzyć się też sytuacja, że u ofiary wypadku (kolizji samochodowej, utonięcia) nastąpi ustanie akcji oddechowej i pracy serca (objawy
śmierci klinicznej). W obliczu tego groźnego zjawiska należy działać
szybko i profesjonalnie. Umiejętność przywracania czynności oddechowej - resuscytację - powinien opanować każdy człowiek*.
I
* Ćwiczenia z zakresu pierwszej pomocy na lekcjach PO należy potraktować poważnie.
80
5. Układ oddechowy - wentylacja warunkująca oddychanie tlenowe
Dla zdrowia groźne mogą być stany zapalne (zapalenia) oskrzeli oraz
płuc. Podczas zapalenia oskrzeli następuje obrzęk błony śluzowej, która
produkuje nadmierną ilość śluzu. Towarzyszy temu zwężenie dróg oddechowych i uciążliwy kaszel. Zapalenie mogą wywołać drobnoustroje, ale
także dym papierosowy albo smog. Zapalenie płuc jest pojęciem ogólnym, odnoszącym się do różnych bolesnych stanów zapalnych i obrzęków
płuc. Najczęstszą przyczyną są infekcje wirusowe lub bakteryjne. Dzięki
antybiotykom zapalenie płuc nie jest już tak groźne jak niegdyś.
Coraz częstszym schorzeniem jest natomiast astma. Astmatycy
cierpią z powodu ataków świszczącego kaszlu i duszności wywołanych zwężeniem górnych dróg oddechowych. Prawdopodobnie
większość ataków astmy jest skutkiem alergii - nadwrażliwości
układu oddechowego na przykład na roztocza zawarte w kurzu
domowym czy pyłki roślin (rozdz. 12). Objawy astmy można szybko zwalczyć, stosując leki rozszerzające oskrzela (zawarte w specjalnych inhalatorach).
I
stany zapalne
układu oddechowego
Podsumowanie
1. Oddychanie można interpretować jako proces biochemiczny (oddychanie wewnątrzkomórkowe) lub fizjologiczny (wymiana gazowa, respiracja).
2. Najważniejszym elementem układu oddechowego są płuca. Ich łączna powierzchnia
czynna sięga 90 m2. Pojemność życiowa płuc stanowi ponad 4/5 ich pojemności całkowitej.
3. Rytmiczne ruchy klatki piersiowej (wdechy i wydechy) wspomagane skurczami przepony umożliwiają wydajną wentylację układu oddechowego.
4. Sprawność i stan układu oddechowego w znacznym stopniu wpływają na zdrowie.
Ćwiczenia
1. Próba Tiffeneau - badanie drożności oskrzelików.
Weź najgłębszy wdech. W odległości 10 cm od szeroko otwartych ust umieść zapaloną
zapałkę. Postaraj się zdmuchnąć płomień, pamiętając o maksymalnie otwartych ustach.
Jeśli nie palisz, nie masz astmy lub innego schorzenia układu oddechowego - powinno
ci się udać.
2. Sprawdź liczbę oddechów na minutę w spoczynku. Potem wykonaj 20 przysiadów
w czasie 30 s lub przebiegnij 100 m i policz oddechy w pierwszej minucie po wysiłku.
Przetestuj w ten sposób również kilku kolegów z klasy. Powinni wykonać takie same
ćwiczenia w tym samym czasie. Sformułuj wnioski i zapisz je.
3. Zbadaj koledze tętno i częstotliwość oddechów w spoczynku zaraz po wysiłku i co minutę podczas odpoczynku po wysiłku, aż częstotliwość tętna i oddechu powróci do wartości spoczynkowej. Otrzymane wyniki zapisz w tabeli oraz przedstaw w postaci wykresu. Powtórz kilkakrotnie doświadczenie, badając inne osoby z klasy. Porównaj wyniki
innych osób, wyciągnij wnioski i zapisz je.
4. Zaplanuj i, po konsultacji z nauczycielem, wykonaj doświadczenie, które przekona twoich kolegów, że w płucach następuje wymiana gazowa.
81
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
Polecenia kontrolne
1. Wymień w odpowiedniej kolejności nazwy narządów tworzących układ oddechowy czło4
wieka.:,.
. 5 •
i
|
i
2. Wytłumacz, na czym polega oddychanie zewnętrzne i wewnętrzne.
3. Określ funkcję następujących narządów układu oddechowego:
a) jama nosowa,
b) tchawica,
c) drzewo oskrzelowe,
d) pęcherzyki płucne.
Omów przystosowania w budowie anatomicznej wymienionych narządów do pełnienia
właściwych im funkcji.
4. Wyjaśnij mechanizm wdechu i wydechu. Określ, który z etapów oddychania jest aktem
czynnym, a który biernym.
5. Krtań jest częścią układu oddechowego, ale również narządem głosu. Wyjaśnij:
a) dlaczego mężczyźni mają niższy głos niż chłopcy,
b) na czym polega mutacja głosu w okresie dojrzewania,
c) dlaczego dojrzewające dziewczęta nie przechodzą mutacji,
d) jaka jest różnica w budowie krtani kobiet i mężczyzn.
6. Tabela przedstawia skład chemiczny powietrza wdychanego i wydychanego:
Składnik powietrza
Azot
Tlen
Dwutlenek węgla
Para wodna
Inne gazy
Powietrze (% objętości)
Wdychane
Wydychane
78
21
0,03
Niskie nasycenie (zależne
od warunków środowiskowych)
78
17
4
Około 1
Wysokie nasycenie (niezależne
od warunków środowiskowych)
Około 1
a) przedstaw dane z tabeli w postaci dwóch diagramów;
b) wyjaśnij zaobserwowane różnice w składzie chemicznym powietrza wdychanego i wydychanego;
c) wytłumacz, dlaczego powietrze wydychane jest nasycone parą wodną. Wyjaśnij, jakie
znaczenie ma ten fakt dla mechanizmu wymiany gazowej.
7. Na podstawie informacji zamieszczonych w podręczniku na s. 79 i 82 oblicz:
a) minutowe spoczynkowe zużycie tlenu; wartość ta jest iloczynem objętości oddechowej i różnicy udziału procentowego tlenu w powietrzu wdychanym i wydychanym
w jednostce czasu;
b) ilość tlenu (w dm3), jaka może w ciągu jednej doby przedyfundować do krwi człowieka będącego w spoczynku.
8. Wymień i omów kolejne czynności wykonywane podczas udzielania pierwszej pomocy
przedmedycznej ofierze wypadku, u której nastąpiło ustanie akcji oddechowej i zatrzymanie pracy serca.
9. Wymień trzy znane ci choroby układu oddechowego. Podaj ich bezpośrednie przyczyny
i przedstaw sposoby zapobiegania im.
10. Wyszukaj w różnych źródłach informacje na temat szkodliwego wpływu palenia tytoniu na układ oddechowy. Zbierz informacje i zamieść je w szkolnej gazetce.
82
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
6. Uktad krążenia - daleki transport
i odporność ustrojowa
W każdym wielokomórkowym organizmie zachodzi często konieczność
przemieszczania (transportowania) pewnych substancji z jednych miejsc
w inne, położone w znacznej odległości. W naszym organizmie za taki daleki transport odpowiedzialny jest układ krążenia krwi (krwionośny) wypełniony krążącą nieustannie krwią. Można więc powiedzieć, że funkcje tego układu są takie, jakie są funkcje krwi (s. 37). Przypomnijmy więc tylko,
że dzięki układowi krążenia możliwe jest:
- szybkie i wydajne transportowanie gazów oddechowych z płuc i do płuc,
- sprawne transportowanie produktów trawienia z przewodu pokarmowego oraz zbędnych i szkodliwych produktów metabolizmu (do nerek),
- wyrównywanie temperatury wszystkich płynów ustrojowych i tkanek,
- obrona organizmu przed skutkami wtargnięcia ciał obcych (tu ważną
rolę spełnia także układ limfatyczny).
Dla człowieka - stałocieplnego organizmu
o dość dużej masie, znacznej aktywności ruchowej
oraz wysokim tempie metabolizmu - nawet drobne niedomagania układu krążenia mogą mieć fatalne skutki. Między innymi dlatego od wielu lat
trwają intensywne próby skonstruowania sztucznego serca, naczyń krwionośnych, a nawet spreparowania syntetycznej krwi (ryc. 75).
I krążenie
Ryc. 75. Zdjęcie sztucznego serca. Stworzenie takiego urządzenia wymaga rozwiązania między innymi problemów zasilania energią, precyzyjnego sterowania jego pracą i odrzucania sztucznych przeszczepów.
6.1. Budowa i czynności układu krążenia krwi
oraz limfatycznego
Łączna długość naczyń układu krążenia oceniana jest na prawie 100 000 km.
Układ krwionośny człowieka (lyc. 76, s. 84) tworzą: serce oraz naczynia
krwionośne - tętnice, żyły i naczynia włosowate (kapilarne). Krew krąży
wyłącznie w sercu i naczyniach, nie wylewa się więc do jam ciała. Taki typ
układu krążenia określa się jako zamknięty. Poza układem krążenia krwi
w ciele człowieka występuje także układ limfatyczny (chłonny), spełniający rolę pomocniczego układu krążenia.
Uktad krążenia krwi:
h serce
5 naczynia:
"tętnice
żyły
"naczynia
włosowate
Czy wiesz, że...
Zamknięty układ krążenia mają wszystkie kręgowce.
Większość bezkręgowców natomiast ma otwarty
układ krążenia - krew wlewa się do j a m ciała.
otwarty układ krążenia raka
83
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
NIEKTÓRE ŻYŁY
PRAWEJ STRONY CIAŁA
żyła szyjna
tętnica szyjna
łuk aorty
żyła
tętnica podobojczykowa
lewa
podobojczykowa
prawa
żyła główna
górna
serce
tętnica ramienna
aorta
żyła główna
dolna
żyła ramienna
prawa
żyła udowa prawa
——
—
tętnica udowa lewa
Czy wiesz, że,,.
Układ krążenia krwi p t a k ó w w bud o w i e jest niemal identyczny
z układem krążenia ssaków, a więc
i człowieka. Składa się z czteroczęściowego serca i d w ó c h obiegów
krwi. Masa serca małych ptaków
sięga jednak 20% masy całego ciała. Do tego takie serce może pracować z częstotliwością setek cykli
na minutę. Przykładowo krew kurczaka na pokonanie obu o b i e g ó w
potrzebuje około 3 s.
Ryc. 76. Układ krążenia człowieka
od przodu - widok ogólny (część
naczyń pominięto).
Nasze serce położone jest w śródpiersiu za mostkiem.
Serce:
ci wa
przedsionki
dwie komory
84
Serce człowieka wielkością i kształtem nieco przypomina dłoń zaciśniętą w pięść (ryc. 77 A). Ta niebywale sprawna pompa zawieszona jest
na wielkich naczyniach krwionośnych i posiada własny system naczyń
wieńcowych. Od zewnątrz serce otoczone jest cienkim łącznotkankowym workiem - osierdziem.
W sercu wyróżnia się cztery jamy: przedsionek prawy, przedsionek le^
komorę prawą oraz komorę lewą (ryc. 77 B). Przedsionki oddziela
j
p rze groda międzyprzedsionkowa, komory - przegroda mięQ(
dzykomorowa. Normalnie w przegrodach nie ma żadnych otworów, dlatego krew przepływająca przez prawą i lewą połowę serca się nie miesza.
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
łuk aorty
przedsionek
lewy
żyła
główna
górna
zastawka
półksiężycowata
pień
płucny
naczynia
wieńcowe
przegroda
serca
komora
lewa
zastawka
trójdzielna
komora
prawa
Ryc. 77. Serce człowieka: budowa zewnętrzna (A) oraz przekrój (B)
Cofaniu się krwi w sercu zapobiegają zastawki (ryc. 77 B). Między prawym przedsionkiem i prawą komorą znajduje się zastawka przedsionkowo-komorowa prawa (trójdzielna), między lewym przedsionkiem i lewą
komorą - zastawka przedsionkowo-komorowa lewa (dwudzielna). Półksiężycowate zastawki zaś znajdują się na granicy obu komór i wychodzących z nich tętnic. Do przedsionków uchodzą żyły: do prawego - żyła główna górna oraz żyła główna dolna, do lewego - żyły płucne. Z komór serca
wychodzą tętnice: z prawej - tak zwany pień płucny, z lewej - aorta.
Ściana serca jest trójwarstwowa. Wewnętrzną powierzchnię jam serca
wyściela wsierdzie, czyli cienki nabłonek leżący na łącznotkankowej błonie, do której wnikają zakończenia nerwowe oraz naczynia włosowate.
Środkową warstwę, czyli śródsierdzie, tworzy tkanka mięśnia sercowego. Grubość śródsierdzia w obu przedsionkach jest stosunkowo niewielka i wynosi około 2-3 mm. W prawej komorze osiąga już 5 mm, w lewej zaś aż trzy razy więcej (ryc. 77 B). Najbardziej zewnętrzną warstwą
serca jest łącznotkankowe nasierdzie.
Zastawki serca:
trójdzielna
dwudzielna
dwie półksiężycowate
Ściana serca:
- wsierdzie
śródsierdzie
nasierdzie
Swoistą cechą serca jest zdolność do wykonywania samoistnych,
rytmicznych skurczów.
Dzieje się tak, ponieważ serce ma własny,
specyficzny układ nazywany układem przewodzącym. Zbudowany jest on ze specjalnie zmodyfikowanych włókien mięśniowych (ryc. 78).
Ich unikalną cechą jest zdolność do okresowego tworzenia i przewodzenia bodźców skurczowych, które rozprzestrzeniają się po całym
mięśniu sercowym. Oznacza to, że układ ten
spełnia funkcję swoistego „rozrusznika" serca.
Jego działanie można porównać do regularnie
rozładowującego się kondensatora.
węzeł zatokowo-przedsionkowy
pęczki
zmodyfikowanych
włókien mięśniowych
Ryc. 78. Najważniejszą częścią układu przewodzącego serca jest węzeł zatokowo-przedsionkowy.
85
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
Podstawowy rytm pracy serca może być modyfikowany przez ośrodki
zlokalizowane w ośrodkowym układzie nerwowym. Na pracę serca wpływają także substancje chemiczne - na przykład hormon adrenalina
zwiększa kurczliwość mięśnia sercowego! W podobny sposób działają
takie leki, jak nasercowa digitalina czy kofeina (alkaloid występujący
w kawie). Kofeina jest środkiem dość łagodnym, ale jej przedawkowanie
może być niebezpieczne.
Naczynia krwionośne różnią się budową i właściwościami.
budowa
i właściwości
naczyń krwionośnych
Różnice wynikają z faktu, że tętnice odprowadzają krew z serca. Jego
skurcze podnoszą znacznie ciśnienie krwi (por. niżej), dlatego tętnice
mają grube, sprężyste ściany z rozbudowanymi warstwami mięśniowymi
i licznymi włóknami sprężystymi (ryc. 79). Z kolei w naczyniach włosowatych ściany zbudowane są jedynie z cienkiej warstwy śródbłonka.
Dzięki temu niezwykle rozbudowana sieć naczyń włosowatych umożliwia bardzo sprawną wymianę substancji między krwią i niemal każdą komórką ciała. Z sieci naczyń włosowatych krew trafia do żył. Płynie
w nich pod niewielkim ciśnieniem w stronę serca, dlatego ściany żył są
cienkie - słabo zaznaczona jest warstwa mięśni gładkich, niewiele jest
także włókien sprężystych w warstwie zewnętrznej. W żyłach zwykle występują zastawki, uniemożliwiające cofanie się krwi (ryc. 79).
naczynia włosowate
tętnica
zastawka
błona zewnętrznawarstwa mięśniowa"
k
- śródbłonek-
Ryc. 79. Budowa ścian naczyń zdradza ich właściwości i funkcje.
1 krążenie
tętnice
W większości wypadków krew przepływa w naczyniach krwionośnych
zgodnie z ogólnym schematem:
coraz mniejsze tętniczki
I krążenie wrotne
żylno żylnaf
86
naczynia w ł o s o w a t e =>=> coraz większe żyłki =>=> żyły
Niekiedy jednak sytuacja jest odmienna. Na przykład krew z naczyń
włosowatych oplatających jelita trafia do żyły wrotnej (ryc. 80). Żyła ta
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
wchodzi do wątroby, gdzie rozpada się na sieć naczyń włosowatych.
Schematycznie przykład ten można przedstawić następująco:
żyła w r o t n a =*=> naczynia w ł o s o w a t e w ą t r o b y =>=> żyła w ą t r o b o w a
Jeszcze inne połączenia naczyniowe występują w nerkach, gdzie tętniczki doprowadzające krew do ciałek nerkowych rozpadają się na sieć
naczyń włosowatych, które następnie ponownie przechodzą w tętniczki.
Takie połączenie nazywa się siecią dziwną. Schematycznie przypadek
ten można przedstawić tak:
i sieć dziwna
tętniczo-tętnicza
tętniczka doprowadzająca => sieć naczyń w ł o s o w a t y c h => tętniczka odprowadzająca
W czasie jednego pełnego okrążenia krew przepływa przez serce dwukrotnie.
W
układzie krwionośnym człowieka wyróżniono dwa obiegi krwi: mały (płucny) oraz duży (ustrojowy) (ryc. 80).
OBIEG MAŁY
żyła
płucna
1
pień płucny i tętnice płucne
l
I
żyły płucne
I
przedsionek lewy (PL)
n* CP
żyła główna
górna
pień
płucny
komora lewa (KL)
żyła główna
dolna
l
aorta
1
tętnice
1
żyła
wątrobowa
naczynia włosowate
(dochodzące do wszystkich
części ciała)
naczynia
włosowate
wątroby
l
żyty
I
żyła wrotna
żyły główne
aorta
zastawki
półksiężycowate
i
OBIEG DUZY
mały
duży
naczynia
włosowate
głowy
komora prawa (KP)
naczynia włosowate płuc
0 b i e g j krwj .
naczynia
włosowate jelit
zastawka
dwudzielna
zastawka
trójdzielna
tętnica
wątrobowa
tętnica
jelitowa
I
przedsionek prawy (PP)
naczynia
włosowate
kończyn
Ryc. 80. Schemat układu krążenia człowieka (dla czytelności ilustracji nie uwzględniono krążenia kończyn
górnych)
87
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
Cykl pracy serca:
- pauza
-skurcz przedsionków
skurcz komór
Przepływ krwi odbywa się w nich jednocześnie dzięki skoordynowanym
skurczom serca. Pojedynczy cykl pracy serca składa się z pauzy, czyli fazy
spoczynkowej, skurczu przedsionków oraz skurczu komór* (ryc. 81). Podczas pauzy całe serce pozostaje w rozkurczu. Jamy serca wypełniają się
krwią wolno napływającą z żył. Zastawki półksiężycowate są zamknięte,
a ciśnienie krwi w sercu jest niskie. Pod koniec pauzy we włóknach węzła
zatokowo-przedsionkowego samorzutnie powstają impulsy skurczowe,
które rozprzestrzeniają się w sercu. Najpierw pobudzają do skurczu oba
przedsionki. Rozpoczyna się wówczas druga faza cyklu pracy serca. Kurczące się przedsionki wtłaczają krew do komór. Zastawki półksiężycowate
pozostają zamknięte. Kiedy impulsy wytworzone w węźle zatokowo-przedsionkowym docierają do komór, inicjują ich skurcz, czyli trzecią
pauza (0,4 s)
fazę cyklu pracy serca. Kurczące się ściany komór podwyższają
ciśnienie krwi. Powoduje to najpierw zamknięcie zastawek
przedsionkowo-komorowych, słyszane jako pierwszy ton
serca. Kiedy wartość ciśnienia krwi w komorach przekroczy
wartość ciśnienia krwi w tętnicach, otwierają się zastawki półksiężycowate i „porcja" krwi zostaje wtłoczona do tętnic.
W chwilę później komory wiotczeją i ciśnienie krwi w ich wnętrzu szybko się zmniejsza. Gdy jego wartość spadnie poniżej
wartości ciśnienia krwi w tętnicach, zamykają się zastawki półksiężycowate (słyszymy to jako drugi ton serca). W ten sposób
skurcz przedsionków
(0,11 s)
kończy się jeden cykl pracy serca i rozpoczyna następny.
Podczas skurczu lewej komory ciśnienie krwi w dużych tętnicach obiegu ustrojowego osiąga wartość około 120 mmHg.
Podczas rozkurczu serca ciśnienie spada w nich do około
80 mmHg. Gdy pojawiają się nieprawidłowości w pracy układu krążenia, wartości te ulegają zmianie. Szczególne niebezpieczne jest tak zwane nadciśnienie tętnicze (skurczowe stale
większe niż 140 mmHg). Gdy jednocześnie ciśnienie rozkurczowe stale przekracza wartość 90 mmHg, serce nieustannie
skurcz komór
pracuje w warunkach przeciążenia (por. dalej).
(0,3 s)
Za każdym razem, gdy lewa komora wtłacza krew do tętnic,
ulegają one miejscowemu rozszerzeniu. Rozszerzenie to przemieszcza się jako fala także wzdłuż aorty i odchodzących od
niej tętnic. Falę tę wyczuwamy jako tętno (puls) - pozwala nam
ono łatwo ocenić częstotliwość skurczów serca. W spoczynku
tętno powinno wynosić około 72 uderzeń na minutę. Podczas
stresu lub wysiłku fizycznego puls może wyraźnie wzrosnąć
- zbyt wysoki jest zjawiskiem bardzo niepożądanym.
Kiedy odpoczywamy, serce tłoczy około 5 1 krwi w ciągu
Ryc. 81. Cykl pracy serca trwa
1 min (72 uderzenia x 70 ml objętości wyrzutowej komór
średnio 0,81 s.
* Kolejność faz jest umowna. W wielu źródłach przedstawiana jest następująco: skurcz
przedsionków, skurcz komór, pauza.
88
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
serca). Podczas wysiłku, gdy tętno osiemnasto- lub dwudziestolatka osiąga na
przykład wartość 150 uderzeń na minutę,
ciśnienie wynosi 160/120 mmHg, a objętość
wyrzutowa dochodzi do 200 ml, serce przetłacza 6 razy więcej krwi.
W pracującym sercu zmieniają się potencjały elektryczne, które docierają także do powierzchni ciała. Dzięki temu możemy badać
i zapisywać aktywność elektryczną serca w postaci elektrokardiogramu (EKG; lyc. 82).
Ryc. 82. Dla lekarza kardiologa zapis EKG jest źródłem
wielu cennych informacji o pracy serca (czas w s).
Nasza krew bardzo sprawnie transportuje gazy oddechowe.
W małym obiegu krew przepływająca przez naczynia włosowate płuc ulega utlenowaniu. Ściślej mówiąc, tlen wnika (dyfunduje) do krwinek
czerwonych. Tam przede wszystkim tworzy nietrwały kompleks z hemoglobiną (ryc. 83). W naczyniach włosowatych dużego obiegu krew zasobna w tlen
oddaje go do komórek (połączenie hemoglobiny z tlenem ulega rozkładowi). Z kolei powstający w komórkach dwutlenek węgla dyfunduje do osocza
i do krwinek. Tam wiązany jest na różne sposoby, między innymi jako jony
węglanowe. Dwutlenek węgla wędruje więc z krwią w postaci związanej
chemicznie i częściowo jako gaz fizycznie rozpuszczony w osoczu.
PĘCHERZYK PŁUCNY
I
utlenowanie
i odtlenowanie
krwi
0 2 (z atmosfery)
C02
(do atmosfery)
naczynie
włosowate
płuc
utlenowanie
(fizycznie
V kwas węglowy
rozpuszczony NcT
w osoczu)
/
^ —
jony węglanowe——
"""
naczynie
włosowate
dużego obiegu
j
jony
^
węglanowe /
Hb)- hemoglobina
H^DD2 - hemoglobina
utlenowana
C0 2
(
(fizycznie
\
rozpuszczony
w osoczu)
^
kwas węglowy
t ^
HoO
0 2 (do komórki)
CO
z komórki)
Ryc. 83. Uproszczony schemat transportu tlenu i dwutlenku węgla we krwi
TKANKA CIAŁA
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
Krzepnięcie krwi umożliwia naprawę uszkodzonych naczyń.
i przebieg
I krzepnięcia krwi
W normalnych warunkach krew krążąca w obiegach zachowuje płynną konsystencję. Gdy jednak dojdzie do uszkodzenia naczynia krwionośnego, jego ściany ulegają skurczeniu, a krew zaczyna krzepnąć (ryc. 84).
Krzepnięcie jest niezwykle skom< uszkodzone
uszkodzone ściany
plikowanym procesem, w którym
o płytki krwi
naczynia krwionośnego
nr
biorą udział liczne czynniki cheI
CL
miczne. Do najważniejszych
j
LU
N
należą białka uwalniane z uszkoCL
jony wapnia
różne białka osocza
dzonych płytek krwi oraz białka
i
*
UJ
osocza, które po kontakcie z rozeczynnik inicjujący
krzepnięcie
rwanymi ścianami naczynia się
aktywują. W ten sposób zapoczątkowany zostaje ciąg reakcji prowadzący do powstania czynnika
trombina
*
inicjującego właściwe krzepnięcie.
Modyfikuje on specjalny enzym
osocza (protrombinę), który przechodzi w formę aktywną (trombinę). Ta zaś zmienia rozpuszczalny
w osoczufibrynogenw postać nierozpuszczalną - fibrynę (włóknik). Włókienka fibryny zalepiają
uszkodzone miejsce. W ich sieć
wpadają między innymi płytki
krwi i erytrocyty. Tworzy się swoisty czop, który przekształca się
w skrzep. Po kilku dniach, gdy nastąpią procesy regeneracyjne, fiRyc. 84. Umowne etapy usuwania uszkodzenia naczynia krwiobryna skrzepu ulega rozłożeniu
nośnego
i „strup" odpada.
Krew poszczególnych ludzi może różnić się grupą główną i czynnikiem Rh.
grupy główne
i krwi: A, B, AB, 0
W błonach komórkowych krwinek czerwonych znajdują się specjalne
białka określające grupy krwi, a także nieco inne białka warunkujące
obecność czynnika Rh*. Z białek warunkujących obecność czynnika Rh
najważniejsze jest białko D, ponieważ wywołuje najsilniejsze reakcje odpornościowe.
W układzie grupowym A B 0 wyróżnia się cztery główne grupy krwi:
A, B, AB oraz 0. I tak osoba mająca tak zwane białko A ma grupę A,
osoba mająca białko B ma grupę B. Jeśli w błonach erytrocytów występuje zarówno białko A, jak i białko B, to osoba taka ma grupę AB. Grupę krwi 0 mają ludzie, których erytrocyty nie posiadają żadnego z tych
* Są to cechy dziedziczne.
90
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
białek. Odpowiednio - w osoczu osób z grupą A występują naturalne
przeciwciała anty-B i odwrotnie - we krwi osób z grupą B występują naturalne przeciwciała anty-A. We krwi osób z grupą AB nie ma takich
przeciwciał, z kolei we krwi grupy 0 są obecne przeciwciała anty-A oraz
anty-B (tab. 3).
|
cechy biochemiczne grup kl
Grupa krwi
Białkowy czynnik
Przeciwciafa
w osoczu
Może być dawcą
dla grup
Może być
biorcą grup
A
B
AB
0
A
B
A, B
brak
anty-B
anty-A
brak
anty-A, anty-B
A, AB
B, AB
AB
0, A, B, AB
A, 0
B, 0
AB, A, B, 0
0
Tab. 3. Rozumiejąc te prawidłowości, możemy kiedyś uratować komuś życie.
W wypadku transfuzji różnych grup krwi może więc dojść do niebezpiecznego zlepiania się erytrocytów - aglutynacji (ryc. 85). W szczególnej sytuacji znajdują się osoby z grupą krwi AB, ponieważ w ich krwi nie
ma ani przeciwciał anty-A, ani anty-B. Teoretycznie można przetoczyć
im każdą krew (stąd określenie - uniwersalny biorca). Z kolei krew grupy 0 teoretycznie nie wywołuje aglutynacji
anty-B
w żadnej grupie krwi (stąd określenie - uniwersalny dawca). W rzeczywistości zasada
uniwersalnego dawcy oraz biorcy jest mocno ograniczona i podczas transfuzji pożąbiałko B
dana jest pełna zgodność grup krwi.
Ryc. 85. Niezgodność grup krwi prowadzi do aglutynacji - przeciwciała anty-B wiążą się z białkami B (dawca: grupa B, biorca: grupa A).
I
transfuzja
i aglutynacja
osocze krwi
grupy A (biorcy)
Nazwa czynnik Rh wzięła się stąd, że po raz pierwszy cechę tę wykazano u małpy - rezusa (Maccacus rhesus). Dodatni odczyn, czyli Rh(+) wykazuje krew około 85% przedstawicieli rasy białej. Pozostałe osoby nie
mają takich białek i ich krew wykazuje ujemny odczyn Rh(-). Po transfuzji krwi Rh(+) limfocyty osoby z krwią Rh(-) zaczynają produkować
przeciwciała anty-Rh. Znajomość czynnika Rh jest szczególnie ważna dla
każdej kobiety planującej ciążę. Jeśli osoba ta ma krew Rh(-), a jej dziecko odziedziczy po ojcu geny warunkujące odczyn krwi Rh(+), to może
dojść do konfliktu serologicznego. Pojawia się on, gdy na przykład na
skutek stanu zapalnego wywołanego infekcją wirusową niewielka ilość
krwi płodu przedostaje się do krwiobiegu matki. Limfocyty matki produkują wówczas przeciwciała anty-Rh, które przenikają przez łożysko
i prowadzą do uszkodzenia rozwijającego się płodu. Poziom przeciwciał
anty-Rh podnosi się szczególnie szybko już po pierwszym porodzie
i utrzymuje na wysokim poziomie jeszcze kilka lat później. Dlatego często tuż przed porodem ciężarnej podaje się gotowe przeciwciała. Zwykle
cechy Rh
| niebezpieczeństwo konfliktu
serologicznego
91
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
„oszukany" układ odpornościowy nie produkuje własnych przeciwciał,
a poziom sztucznych szybko się obniża.
Jednakże każda ciąża w sytuacji ryzyka konfliktu serologicznego wymaga szczególnego traktowania ze strony lekarzy.
Układ limfatyczny zbiera i oczyszcza część płynu tkankowego.
Układ limfatyczny:
h naczynia
tkanka chłonna
Nasz układ limfatyczny tworzy rozbudowana sieć naczyń limfatycznych
wypełnionych limfą (chłonką) oraz tkanka chłonna zawierająca bardzo
liczne limfocyty (ryc. 86). Tkanka chłonna tworzy niewielkie skupienia
- grudki (np. w ścianie przewodu pokarmowego), większe - węzły chłonne,
współtworzy także migdałki podniebienne, grasicę i śledzionę.
Podstawowe funkcje układu limfatycznego to gromadzenie i zwracanie
płynu tkankowego do krwi, a także rola odpornościowa i transport wchłoniętych w przewodzie pokarmowym lipidów.
Limfa powstaje w pierwotnej postaci jako przesącz z naczyń włosowatych i komórek ciała, który zbiera się w przestrzeniach międzykomórkowych (stąd określenie płyn tkankowy).
Z tych ostatnich przesącz dostaje się do
najdrobniejszych, włosowatych naczyń
limfatycznych, które oplatają bardzo gęstą
węzły
siecią całe ciało. Najdrobniejsze naczynia
limfatyczne
chłonne zbierają się w nieco większe (budową przypominające żyły), odprowadzające limfę do węzłów chłonnych. W nich
ulega ona filtracji i usuwane są wszelkie
ciała obce, na przykład bakterie. Oczyszczona chłonka składa się z części płynnej
przewody
limfatyczne
(oprócz wody występują m.in. białka, cholesterol, żelazo i mikrokuleczki tłuszczu)
naczynia
oraz upostaciowanej (w 95-97% są to limlimfatyczne
focyty).
kończyny
Z węzłów chłonnych limfa przepływa
górnej
naczyniami limfatycznymi, dalej większymi przewodami limfatycznymi do okolic
podobojczykowych.
Tam przewody uchonaczynia
limfatyczne
dzą do odpowiednich żył. W ten sposób zakończyny
wartość układu limfatycznego dostaje się
dolnej
ponownie do układu krwionośnego.
Ryc. 86. Układ limfatyczny - widok ogólny
92
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
6.2. Higiena i niektóre choroby układu krążenia
Serce nie sługa, krew nie woda".
To zmienione powiedzenie powinno uświadomić każdemu człowiekowi,
że stan serca i całego układu krążenia ma zasadnicze znaczenie dla zdrowia, a nawet życia. Niestety, wielu ludzi prowadzi nieaktywny, stresogenny
tryb życia, nieprawidłowo się odżywia i pali tytoń.
Czynniki te, podobnie jak cukrzyca i nadciśnienie tętnicze, są podstawowymi przyczynami rozwoju miażdżycy (arteriosklerozy) (ryc. 87).
Miażdżyca polega na stwardnieniu ścian tętnic wskutek odkładania się
w nich lipidów (szczególnie cholesterolu) i wapnia. Postępujące zwężenie tętnic, szczególnie wieńcowych, mózgowych oraz aorty, prowadzi do
zmniejszenia przepływu krwi - niedokrwienia. W sercu powoduje to rozwój choroby niedokrwiennej (jej charakterystycznym objawem jest silny
ból w okolicy serca - znany pod nazwą dusznicy bolesnej).
choroba niedokrwienna
serca
Siedzący tryb życia
Dieta zasobna w tłuszcze
zwierzęce i cholesterol;
nadwaga
naczynie
krwionośne^
CA
zawał serca
udar mózgu
Cukrzyca
Palenie tytoniu
Zaawansowany wiek
złogi tłuszczu
i wapnia tworzą
płytkę miażdżycową
Ryc. 87. Na miażdżycę większość ludzi zapada z powodu
niedbałości o własne zdrowie.
Konsekwencją choroby niedokrwiennej serca może być zawał serca (popularnie zwany atakiem serca). Zawał jest w istocie martwicą niezaopatrywanej w tlen części serca. Gdy jest on rozległy, konsekwencją może być
zgon. W leczeniu choroby wieńcowej stosuje się leki przeciwdusznicowe
im.in. nitroglicerynę), leki
p r z e c i w z a k r z e p o w e * , .
a także zabiegi chirurgiczne. Należą do nich tak
zwane bypassy oraz angioplastyka. Bypass, czyli
po polsku pomostowanie, umożliwia stworzenie
połączenia omijającego zablokowane miejsce.
Angioplastyka polega na wprowadzeniu do
zwężonego naczynia cewnika z niewielkim balonikiem. Nadmuchanie go w odpowiednim miejscu
pozwala rozsunąć zwężenie i ewentualnie usunąć
złogi tłuszczu. Zakłócenia rytmu pracy serca (arytrnię) można leczyć operacyjnie przez wszczepienie
sztucznych, elektrycznych rozruszników serca.
Ryc. 88. Operacja na otwartym sercu
* Zakrzep powstaje, gdy krew krzepnie przeżyciowo w świetle naczynia lub serca.
93
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
Badania laboratoryjne krwi są ważnym elementem profilaktyki zdrowotnej.
I
analiza wyników
Zdarza się często, że osoba czytająca wyniki badania laboratoryjnego
krwi bywa nieco sfrustrowana, ponieważ nie umie odczytać ich właściwie. Oczywiście, wyniki te kompetentnie może zanalizować tylko lekarz,
ale warto samemu orientować się w tej dziedzinie. Zacznijmy od tego, że
współczesne laboratoria wyposażone są w nowoczesne, wysoce zautomatyzowane analizatory krwi. Urządzenia te pozwalają szybko i precyzyjnie ustalić wiele ważnych parametrów. Wyniki są drukowane najczęściej w języku angielskim z wykorzystaniem ogólnie przyjętych skrótów
(ryc. 89).
badania krwi
WBC - white blood cells - liczba leukocytów
w 1 mikrolitrze krwi obwodowej
WBC 6,8 x 1 0 3 //jI = 6 800 w 1 mikrolitrze krwi
(4,8-10,5 x 103/jul)
RBC - red blood cells - liczba erytrocytów
w 1 mikrolitrze krwi obwodowej
RBC 4,46 x 10 e //jl = 4 460 000 w 1 mikrolitrze krwi
(kobieta: 4,2-5,4 x 106/£/l; mężczyzna: 4,5-6,1 x "łO 3 /^)
PLT - liczba płytek krwi w 1 mikrolitrze
krwi obwodowej
PLT 324 x 103/jUl = 324 000 w 1 mikrolitrze krwi
x 103/jul)
^
( 2 00-400
HCT - hematokryt - wskaźnik określający,
jaki procent pełnej krwi stanowią same
erytrocyty; HCT ułatwia określenie, czy
krew jest nadmiernie rozrzedzona czy
zagęszczona
. . .
U- + ^
M C V - ś r e d n i a objętość erytrocytow
HCT 36,5 % = 36% objętości pełnej krwi
.. .
^
( k o b i e t a : 3 7 " 4 7 % = męzczyzna 42-52%)
/(
—
^ ^
MCV 88,5 fl = 88,5 femtolitrów
(kobieta: 81-95 fl; mężczyzna: 80-94 fl)
MCH - średnia zawartość hemoglobiny
w erytrocycie
MCH 28 pq = 28 pikogramów
(27_31 p q )
E
&
&
!
może oznaczać stan zapalny)
ESR
_
<d°
W
1 0 — . - l o m m w <*u
godziny (kobieta: do 12 mm/h; mężczyzna: do 8 mm/h)
Ryc. 89. Przykładowy wynik badania krwi osoby zdrowej (w nawiasach zamieszczono granice normy dla
osób dorosłych); 1 mikrolitr = 10~6dm3 = 1mm3.
/0
NEUT %
Na wyniku może zostać także umieszczone ilościowe zestawienie badania rozmazu leukocytów (hemogram oznaczony niekiedy jako DIFF - (ryc.
90). Zestawienie to ma zwykle charakter procentowy (%) lub podawane są
wartości bezwzględne (#). Niekiedy na wyniku zamiesz3
(3 9r
czone są także wykresy ilustrujące różne zależności, na
58 3 %
przykład rozmiarów i liczby krwinek danej grupy.
5xl03/jul
LYMPH #
2
MDX#
0,5
x
NEUT #
4,2
x 103//JI
103/jj\
limfocyty
MDx-monocyty i większość granuiocytów
NEUT-granulocytyobjętnochłonne
LYMP-
Ryc. 90. Oceny tej części wyników badania krwi musi dokonać lekarz.
94
Szczegółowe badania krwi pozwalają także ustalić
wiele istotnych parametrów, jak choćby poziom różnych rodzajów cholesterolu (ogólny w granicach:
140-200 mg/dl, w tym dla frakcji LDL mniej niż 160
mg/dl, natomiast H D L więcej niż 35 mg/dl), zawartość
m a kro- i mikroelementów, a nawet wartość poziomu
hormonów,
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
6.3. System odpornościowy i jego działanie
Swój czy obcy - swoisty dylemat układu odpornościowego.
Każdy organizm, także człowiek, narażony jest na wnikanie ciał obfunkcje układu
odpornościowego
cych, na przykład wirusów, bakterii, grzybów i pierwotniaków*. Te ciała
obce często są patogenami, czyli czynnikami chorobotwórczymi. Mogą
one dostawać się do wnętrza naszego organizmu przez skórę, drogi oddechowe, pokarmowe, moczopłciowe czy na skutek zranień. Wiele ciał
obcych rozprzestrzenia się po całym ciele i może się rozwijać w większości narządów oraz tkanek. Między innymi z tych względów najważniejsze
elementy układu odpornościowego związane są z układem krwionośnym
oraz limfatycznym - krążące w ich naczyniach krew i limfa docierają do
każdego zakątka ciała.
Nasz organizm wykorzystuje do obrony różne nawzajem się uzupeł- Odporność swoista:
komórkowa
niające strategie: komórkową oraz humoralną. Za odporność komórkoL
hu moralna
wą odpowiedzialne są leukocyty obdarzone zdolnością do pochłaniania
i wewnątrzkomórkowego trawienia (m.in. makrofagi,
miejsce
neutrofile i eozynofile) lub usuwania ciał obcych
wiązania
(m.in. limfocyty T cytotoksyczne). W reakcjach odpornościowych humoralnych organizm wykorzystuje
różne substancje chemiczne - najważniejsze są tu
przeciwciała, czyli białka odpornościowe (immunoglobuliny; ryc. 91). Przeciwciała są produkowane
i uwalniane przez uczulone limfocyty B w odpowie- łańcuchy
dzi na pojawienie się w organizmie obcego antygenu.
peptydowe
Antygenem może być białko (na przykład otoczki wirusa) lub duża cząsteczka węglowodanowa (na przykład składnik ściany komórkowej bakterii), obce dla
naszego organizmu, wyzwalające odpowiedź immuRyc. 91. Model budowy pojedynczego
nologiczną.
przeciwciała
Organizm człowieka wykorzystuje kilka „linii obronnych".
Nasz organizm wykorzystuje zarówno mechanizmy ogólne, nieskierowane przeciwko konkretnemu zagrożeniu (odporność nieswoista),
jak i skierowane przeciwko konkretnemu antygenowi (odporność swoista). W pierwszym wypadku mechanizmy odpornościowe istnieją od
urodzenia i do ich wykształcenia nie trzeba uprzedniego kontaktu
z antygenem. W drugim - odporność jest nabywana dopiero po kontakcie z konkretnym antygenem i działa tylko na niego. Wbrew pozorom
arsenał „pierwszej linii obronnej" naszego organizmu (środków odporności nieswoistej) jest imponujący i pozwala na szybkie powstrzymanie
większości potencjalnych intruzów. Pierwszą zaporę stanowi tu skóra
wraz z wydzielinami - szczelność naskórka jest barierą mechaniczną,
a pot zawiera kwas mlekowy i dużo soli, co niszczy większość bakterii
* Zadaniem układu odpornościowego jest też eliminowanie uszkodzonych komórek.
Odporność:
nieswoista (wrodzona)
[
swoista (nabyta)
95
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
oraz grzybów. W łoju zaś znajdują się lotne kwasy tłuszczowe, działające
bakteriobójczo. Ślina, łzy, śluz dróg oddechowych i pokarmowych zawierają z kolei lizozym - białko enzymatyczne rozkładające ściany komórkowe wielu bakterii. Liczne krążące we krwi i limfie leukocyty mają naturalną zdolność rozpoznawania, wchłaniania i trawienia ciał obcych.
Czy w i e s z , że...
Zarażone wirusem komórki człowieka produkują i uwalniają interferon. Białko t o przenika do
sąsiednich komórek, pozwalając im na zahamowanie namnażania się innych wirusów. Interferon
rozpoznawany jest też przez specjalne limfocyty nazwane obrazowo natural killers (NK, czyli naturalni zabójcy). Dzięki t e m u zarażone przez wirus komórki są szybko niszczone. Niestety, próby wykorzystania interferonu do zwalczania wirusa HIV wywołującego AIDS na razie się nie powiodły.
rozpoznawanie
intruza
Jeżeli jednak intruz będzie dostatecznie liczny lub „ujdzie uwadze"
pierwszej linii obrony, istnieje możliwość odparcia ataku, dzięki wykorzystaniu odporności swoistej - jak gdyby drugiej linii obronnej.
W tym wypadku zasadnicze pytanie brzmi: Jak rozpoznać konkretnego
intruza? Ważną rolę odgrywają tutaj wspomniane już makrofagi. Leukocyty te nie tylko niszczą intruza, ale także fragmenty jego antygenów
umieszczają na powierzchni błony komórkowej. Można powiedzieć, że
dany makrofag pokazuje na zewnątrz biochemiczne cechy intruza, jakby
krzyczał: „Popatrzcie wszyscy! Tak wygląda obcy!". W ten sposób makrofag umożliwia przepływającym w pobliżu określonym limfocytom T pomocniczym rozpoznanie konkretnego antygenu (ryc. 92)*.
1 | makrofag prezentuje antygeny
intruza limfocytowi T
pomocniczemu \
•
_ 2 j aktywny limfocyt T pomocniczy
pobudza limfocyt B
/
//
3 | uaktywniony
limfocyt B rośnie
«
antygeny intruza
(bakterii)
Ą,
następnie dzieli się, dając
liczne takie same:
4al
— ' k o m ó r k i plazmatyczne
produkujące
konkretny rodzaj
przeciwciała
j l J przeciwciała transportowane są
do miejsca zakażenia, gdzie łączą
się z antygenami intruza (powstają
kompleksy antygen-przeciwciało)
komórki pamięci
przechowujące
biochemiczny
portret intruza
kompleks
antygen-przeciwciało
JJ
^ ^
bakteria
6 | zniszczenie lub neutralizacja
antygenów i „całego" intruza
Ryc. 92. Uproszczony schemat wytwarzania przeciwciał
Dużą zdolność do rozpoznawania i prezentacji antygenów mają same dojrzałe limfocyty B.
96
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
Jedną z reakcji limfocytu T pomocniczego jest wówczas wydzielanie
$peqalnych białek (interleukin), które pobudzają określone limfocyty B.
Każdy taki pobudzony limfocyt powiększa się, a następnie wielokrotnie
dzieli mitotycznie. W ten sposób powstaje liczny szczep jednakowych komórek plazmatycznych zdolnych do produkcji tylko jednego rodzaju przeciwciała. Uwolnione do krwi lub limfy cząsteczki przeciwciała docierają
do miejsca zakażenia i specyficznie się łączą z konkretnym antygenem.
Powstanie kompleksu antygen-przeciwciało uruchamia lawinę wydarzeń.
Przede wszystkim kompleks rozpoznawany przez specjalne enzymy osocza ulega zniszczeniu. W niektórych wypadkach przyłączenie się przeciwciał do antygenów intruza powoduje jego unieczynnienie. Kompleksy antygen-przeciwciało pobudzają także do działania makrofagi.
W drugiej linii obronnej organizmu działają ponadto agresywne komórki Głównie są to limfocyty T cytotoksyczne, zdolne do rozpoznawania i atakowania komórek zarażonych wirusem lub zmienionych nowotworowo.
W czasie pierwszego kontaktu z intruzem (ściślej: z antygenami patogenu) pierwotna odpowiedź immunologiczna naszego ustroju na jego
antygeny następuje powoli. Uczulenie, namnożenie odpowiednich limfocytów i produkcja cząsteczek przeciwciała mogą trwać od kilku do kilkudziesięciu dni. Często w tym czasie rozwija się stan zapalny, któremu
towarzyszy gorączka i osłabienie.
mechanizm produkc
Ji przeciwciał
„Ostrzeżony" znaczy „uzbrojony".
Szacuje się, że jedna osoba wytwarza i przechowuje w węzłach limfatycznych gotowe do działania limfocyty B, które mogą rozpoznać antygeny,
a następnie wytworzyć ponad 100 miliardów różnego rodzaju przeciwciał.
Dzięki komórkom pamięci (ryc. 92) nabyta odporność pozwala niekiedy nawet przez wiele lat zachować biochemiczny „portret" określonego intruza.
Jeżeli w tym czasie nasz organizm zetknie się z tym patogenem ponownie,
wtórna odpowiedź immunologiczna nastąpi bardzo szybko i skutecznie wyeliminuje zagrożenie. Dlatego zazwyczaj nie zapadamy ponownie na chorobę zakaźną, którą już przeszliśmy (przykładem są odra i ospa wietrzna).
Doskonałym sposobem zapobiegania licznym chorobom zakaźnym są
szczepienia ochronne. Zabiegi te polegają na podawaniu osobom zdromym* odpowiednich preparatów, zawierających osłabione lub martwe
patogeny albo ich spreparowane toksyny (tab. 4, s. 98). Dzięki temu uodpornienie organizmu następuje bez konieczności zmagania się z chorobą.
Niestety nie jest to reguła. Wiele patogenów na przykład wirusy grypy,
kataru zmieniają swoje cechy na tyle szybko, że „stare" komórki pamięci
stają się bezużyteczne. Niekiedy bywa też, że w miarę upływu czasu poziom przeciwciał i liczba uczulonych komórek odpornościowych ulega
zmniejszeniu. Prowadzi to do obniżenia nabytej odporności. Między innymi dlatego niektóre szczepienia muszą być ponawiane.
istota i znaczenie
szczepień
* Szczepić można także zwierzęta, zarówno domowe (np. psy, koty), hodowlane (np. bydło,
trzodę chlewną), jak i dzikie (np. lisy).
97
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
| odporność bierna
Odporność nabyta może mieć też charakter bierny. Taką odporność dają gotowe przeciwciała matki dostające się do rozwijającego się organizmu
dziecka przez łożysko i z mlekiem podczas karmienia piersią. Niekiedy
wstrzykuje się osobom gotowe przeciwciała, na przykład immunoglobuliny
zwalczające wirusa zapalenia wątroby. Odporność taka jest krótkotrwała,
polega przecież na wykorzystaniu „cudzych" przeciwciał i nie towarzyszy
jej wykształcanie komórek pamięci.
Szczepionka
Patogen i drogi jego
rozprzestrzeniania się
Uwagi dotyczące szczepienia
przeciw chorobie
Heine-Medina (polio)
wirusy (pokarmowa z zakażonymi
odchodami)
Szczepionka zapewnia całkowitą
odporność.
przeciw wściekliźnie
wirus (ukąszenie przez chore
zwierzę; ślina chorego zwierzęcia)
Szczepi się przede wszystkim
dzikie zwierzęta, np. lisy.
przeciw odrze
wirus (kropelkowa)
Nie szczepi się, jeśli dziecko
wcześniej chorowało.
przeciw żółtaczce: typu A
typu B
wirus (pokarmowa; WZA)
wirus (wszczepienna; WZB)
W Polsce zalecane są każdej
osobie przed planowanym
pobytem w szpitalu.
przeciw różyczce
wirus (kropelkowa)
Może być konieczne dla dziewcząt,
jeśli nie chorowały; nie wolno podawać w czasie ciąży.
przeciwgruźlicza
bakterie (prątki Kocha) - (powietrze
lub z mlekiem zarażonych krów)
W Polsce wzrasta liczba zachorowań. Zbyt mało jest profilaktycznych badań RTG płuc.
Di-Te-Per przeciw: błonicy, bliski kontakt, kropelkowo
tężcowi,
bakterie (zabrudzone rany)
krztuścowi
bakterie (powietrze)
Zapewnia odporność na kilka lat;
bardzo ważna jest aseptyka przy
zranieniach.
przeciw cholerze
bakterie (zanieczyszczona woda)
przeciw dżumie
bakterie (powietrze lub kontakt ze
szczurami albo pchłami)
Szczepionki dają ograniczoną
odporność; ważne dla globtroterów
(osób dużo podróżujących).
Tab. 4. Szczepienia pozwoliły ograniczyć ryzyko występowania wielu groźnych chorób.
Czy wiesz, że.,.
Pierwszą chorobą, którą zaczęto zwalczać za pomocą szczepionki, była ospa. Pod koniec
XVIII wieku angielski lekarz F. Jenner przeprowadził doświadczenie, w którym zdrowemu
chłopcu wcierał w skórę wydzielinę ropną pobraną z krost krowy chorującej na tzw. krowiankę (jest to choroba wirusowa bydła domowego, niegroźna dla ludzi). Później lekarz próbował tego samego chłopca zarazić ospą prawdziwą - nie udało się - organizm pacjenta był
odporny na tę jednostkę chorobową. W ten sposób Jenner wytworzył tzw. odporność krzyżową, gdyż wirusy krowianki i ospy prawdziwej są bardzo podobne (dlatego przeciwciała
skierowane przeciwko jednemu patogenowi są także skuteczne przeciwko drugiemu).
98
6. Uktad krążenia - daleki transport i odporność ustrojowa
AIDS wywoływany jest przez wirusa HIV.
AIDS (ang. Acąuired Immune Deficiency Syndrom), ta nieuleczalna
budowa
wirusa HIV
jak dotąd choroba, jest plagą naszych czasów. Wirus HIV (ang. Humań
Immunodeficiency Virus) należy do grupy tak zwanych retrowirusów (zawierających dwie jednakowe nici RNA jako
materiał genetyczny). Atakuje on głównie
limfocyty T-pomocnicze. Jego wiriony* maelementy
ją budowę kulistą i otoczone są osłonką
osłonki
białkowo-lipidową (ryc. 93). Lipidy oraz
białko enzymu
część białek osłonki są „pożyczone" od kowirusa
mórek gospodarza, w których się namnażapłaszcz białkowy
ły - co bardzo utrudnia rozpoznanie wirusa
wirusa
jako ciała obcego - komórki odpornościowe „nie dostrzegają" antygenów, czyli biamateriał
genetyczny
łek wirusa. Pod osłonką znajduje się płaszcz
wirusa
białkowy, czyli kapsyd, kryjący materiał geRyc. 93. Schemat budowy wirionu HIV
netyczny wirusa.
Wirus HIV stopniowo obezwładnia układ odpornościowy, ponieważ
przebieg infekcji
wirusem HIV
prowadzi do zniszczenia części limfocytów. Cykl życiowy tego patogenu
przedstawia się następująco. Wirus atakuje głównie pomocnicze limfocyty T, a także część makrofagów.
H \i
Po związaniu się z błoną komórkową otoczka wirusa zlewa się z nią
i kapsyd przechodzi do cytoplazmy. Później wirusowy RNA służy jako i d u
matryca do syntezy wirusowego DNA. Przemieszcza się ono do jądra
komórkowego i tam włączane jest do DNA gospodarza**. Ponieważ komórka gospodarza nie odróżnia obcego DNA od swojego, w którymś
^
a.
momencie na pewno zacznie produkować białka wirusowe. Cząsteczki
te doprowadzają z jednej strony do blokowania materiału genetycznego
gospodarza, a z drugiej do namnażania elementów składowych wirusa.
Te ostatnie łączą się w nowe wiriony, które uwalniają się i mogą atakować kolejne komórki (por. rozdz. 13.2).
DL
: v
Początkowo nasz układ odpornościowy dobrze radzi sobie z intruzem
IOąA
i choroba przebiega bezobjawowo. Jednak walczący układ immunologiczny z biegiem lat słabnie. Musi bowiem zwalczać sam siebie (agresywne komórki T zabijają pomocnicze T). W pewnym momencie następuje
załamanie systemu odpornościowego - zaczyna brakować komórek pamięci odpowiedzialnych za przechowywanie informacji o wzorcach antygenów, z którymi organizm już się zetknął, brakuje także limfocytów
T pomocniczych. W końcowej, ostrej fazie choroby dochodzi do licznych
infekcji i zakażeń, pojawiają się też zmiany nowotworowe. Objawami
pełnoobjawowe
AIDS
AIDS są między innymi mięsak Kaposiego (skutek nieusuwania własnych komórek zmienianych nowotworowo), zapalenia płuc i inne poważne infekcje dróg oddechowych.
* Wirion to pojedynczy wirus.
** W tej postaci wirus HIV „wygodnie" trwa w nieaktywnych komórkach odpornościowych.
99
Organizm człowieka jako zintegrowana całość
Tragedia AIDS powodowana jest faktem, że wirus ten przy całej prostocie swojej budowy ulega częstym mutacjom. Część z nich prowadzi do
powstania nieznacznie zmienionych, ale wciąż zjadliwych form wirusa.
Tempo powstawania nowych form wirusa HIV wciąż przewyższa możliwości laboratoriów analitycznych i farmaceutycznych (stosowane leki
i szczepionki dość szybko przestają działać). Do problemu dróg zakażenia HIV i profilaktyki AIDS jeszcze powrócimy.
Aktywność układu odpornościowego utrudnia przeszczepy.
odrzucanie
przeszczepów
Nasz układ odpornościowy potrafi tak samo rozpoznać obce białka
przetaczanej
krwi (problem transfuzji), jak i białka występujące
w
w przeszczepianych narządach lub syntetyczne substancje tworzące
urządzenia. Lekarze transplantolodzy mogą niekiedy wykorzystywać do
przeszczepów tkanki tego samego człowieka, na przykład przy oparzeniach skóry. Przeszczepy między dwiema różnymi osobami albo przeszczepy odzwierzęce grożą odpowiedzią immunologiczną prowadzącą
do odrzuceniem przeszczepu. Aby tego uniknąć, najpierw wykonuje się
testy zgodności tkankowej (badane są układy grupowe A B 0 erytrocytów oraz białka tak zwanego głównego układu zgodności tkankowej).
Postępy w transplantologii pozwalają dzisiaj przeszczepiać nawet tak
skomplikowane narządy, jak serce, płuca, nerki czy wątroba. Duże nadzieje wiąże się też z przeszczepianiem narządów pobranych ze zwierząt
zmienionych genetycznie w taki sposób, aby zmniejszyć ryzyko odrzucenia przeszczepu.
Podsumowanie
1. Układ krążenia człowieka ma bardzo dużą sprawność. Wynika ona między innymi
z określonego tempa przepływu krwi tłoczonej pod dużym ciśnieniem.
2. Czteroczęściowe serce pracuje automatycznie (cykle pracy serca), chociaż jego rytm
może ulegać modyfikacjom pod wpływem układu nerwowego i czynników chemicznych.
3. Praca serca pozwala równomiernie tłoczyć krew do obu obiegów.
4. Fizykochemiczne cechy krwi, a szczególnie obecność hemoglobiny w erytrocytach,
usprawnia transport gazów oddechowych we krwi. Tlen transportowany jest głównie
przez hemoglobinę (w postaci oksyhemoglobiny), natomiast dwutlenek węgla - jako
różne jony węglanowe oraz fizycznie rozpuszczony w wodzie.
5. Układ limfatyczny spełnia rolę pomocniczą, szczególnie wspiera system odpornościowy.
6. Układ odpornościowy człowieka ma charakter rozproszony. Reakcje odpornościowe
mają charakter komórkowy oraz humoralny (podstawą są przeciwciała). Odporność
może być nieswoista (wrodzona, nieskierowana) albo swoista (nabyta, skierowana).
7. Nieodpowiedni tryb życia jest przyczyną coraz częstszych, groźnych schorzeń układu
krążenia (w tym miażdżycy i choroby niedokrwiennej serca).
100
Download

5. Układ oddechowy - wentylacja warunkująca oddychanie tlenowe