Légzési gázszabályozás és sav-bázis egyensúly

Hogyan érzékelik és stabilizálják az állatok testfolyadékaik oxigén-, szén-dioxid- és pH-szintjét, a ventiláció és az ioncsere szabályozásával a belső kémiai környezet szűk határok közötti fenntartása érdekében.

Definition

A légzési gázszabályozás az oxigén és a szén-dioxid parciális nyomásának homeosztatikus szabályozása a testfolyadékokban a ventiláció és a perfúzió módosításával, a sav-bázis egyensúly pedig a testfolyadék pH-jának szűk határok közötti fenntartása puffereléssel, valamint a szén-dioxid és a bikarbonát légzési és kiválasztási úton történő szabályozásával.

Scope

Ez a téma a vérgázok és a sav-bázis állapot szabályozásával foglalkozik: az oxigént, szén-dioxidot és pH-t monitorozó kemoreceptorokkal; a ventiláció, valamint a vízi légzők esetében a kopoltyúfunkció reflexes szabályozásával; a bikarbonát pufferrendszerrel és annak leírásával; valamint a sav-bázis zavarok kompenzációjával légzési és renális vagy branchiális úton. Kitér arra, hogy ezek a szabályozási mechanizmusok hogyan különböznek a levegőn és a vízben élő légzők között. A tárgyalás összehasonlító és mechanisztikus, nem klinikai jellegű.

Core questions

• Hogyan érzékelik az állatok az oxigént, a szén-dioxidot és a pH-t testfolyadékaikban?
• Hogyan szabályozzák a ventilációt, hogy a vérgázok szűk határok között maradjanak?
• Miért olyan központi a szén-dioxid a sav-bázis egyensúlyban?
• Hogyan különböznek a levegőn és a vízben élő légzők a pH szabályozásában?

Key theories

A ventiláció kemoreceptoros szabályozása

A perifériás és centrális kemoreceptorok monitorozzák az oxigént, a szén-dioxidot és a pH-t, és reflexesen változásokat idéznek elő a légzésben, így a ventiláció fokozódik, ha a szén-dioxid vagy a savasság nő, vagy az oxigén csökken, stabilizálva a vérgázokat.

Bikarbonát puffer és légzési-metabolikus interakció

A szén-dioxid–bikarbonát rendszer puffereli a testfolyadék pH-ját, és mivel a szén-dioxid illékony, a pH gyorsan szabályozható a ventilációval, és lassabban a bikarbonát vesék vagy kopoltyúk általi módosításával.

Mechanisms

A kemoreceptorok észlelik az oxigén, a szén-dioxid és a pH eltéréseit, és reflexközpontokat táplálnak, amelyek módosítják a légzés sebességét és mélységét, vízi légzők esetében pedig a kopoltyúventiláció sebességét. Mivel a szén-dioxid szénsavat képez, a ventiláció megváltoztatása gyorsan eltolja a testfolyadék pH-ját: a hiperventiláció csökkenti a szén-dioxidot és növeli a pH-t, a hipoventiláció pedig az ellenkezőjét teszi. A bikarbonát pufferrendszer, amelyet a pH, a szén-dioxid és a bikarbonát közötti összefüggés szabályoz, elnyeli a sav- és bázisterheléseket, míg a bikarbonát lassabb módosítása a vesék által a levegőn élő légzőkben, vagy az ioncsere révén a kopoltyúkon keresztül a vízi légzőkben kompenzálja a tartós zavarokat. Mivel a hideg víz sok szén-dioxidot tartalmaz, a vízi légzők alacsonyabb vér-szén-dioxid-szinttel rendelkeznek, és a pH-szabályozásban inkább a bikarbonátra és az iontranszportra támaszkodnak, mint a ventilációra.

Clinical relevance

A gáz- és sav-bázis szabályozás összehasonlító fiziológiája tisztázza a testmozgásra, a magasságra, a búvárkodásra és a környezeti hipoxiára adott válaszokat, és keretet ad a vérgáz- és pH-mérések értelmezéséhez. Ez a bejegyzés oktatási referenciaanyag, és nem nyújt orvosi útmutatást.

History

Haldane munkája a légzés szén-dioxid általi szabályozásáról, valamint Henderson és Hasselbalch kvantitatív kezelése a bikarbonát pufferről megalapozta a vérgázok és a pH szabályozását, Heymans artériás kemoreceptorok felfedezése pedig azonosította az érzékelőket. Az összehasonlító fiziológia kiterjesztette ezeket az elképzeléseket a levegőn és a vízben élő légzők eltérő stratégiáira.

Key figures

• John Scott Haldane
• Lawrence Henderson
• Karl Hasselbalch
• Corneille Heymans

Seminal works

• westsd2012
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Miért szabályozza a légzés olyan gyorsan a vér pH-ját?

A szén-dioxid savat képez a vérben, így a légzés sebességének megváltoztatása gyorsan növeli vagy csökkenti a szén-dioxidot, és ezáltal másodperceken-perceken belül eltolja a pH-t.

A halak ugyanúgy szabályozzák a sav-bázis egyensúlyt, mint az emlősök?

Nem teljesen. Mivel a víz könnyen elvezeti a szén-dioxidot, a halak kevésbé támaszkodnak a ventiláció megváltoztatására, és inkább a sav- és bázisionok kopoltyúkon keresztüli cseréjére a pH szabályozásában.