Hengitys – miten se toimii: happi, hiilidioksidi ja keuhkot

Ymmärrä hengityksen mekanismi: miten keuhkot vaihtavat happea ja poistavat hiilidioksidia — selkeä opas hengityksestä, kaasujen vaihdosta ja terveysvaikutuksista.

Hengitys on ilman liikkumista keuhkoihin ja keuhkoista ulos. Sisään ja ulos menevää ilmaa kutsutaan hengitykseksi. Jos ihminen ei pysty hengittämään, hän kuolee.

Hengitys auttaa ihmisiä tekemään kaksi hyvin tärkeää asiaa:

1. Happea kehoon. Jokainen kehon osa tarvitsee happea selviytyäkseen. Ainoa tapa, jolla ihminen voi saada happea, on hengittää sitä sisään.
2. Hiilidioksidin (CO₂ ) poistaminen elimistöstä. Kun elimistö tuottaa energiaa, hiilidioksidia jää jäljelle. Elimistön on päästävä eroon ylimääräisestä hiilidioksidista, sillä liika hiilidioksidi on myrkyllistä. Ainoa tapa, jolla ihminen voi päästä eroon hiilidioksidista, on hengittää se ulos.

Kun ihminen hengittää sisään, hän tuo ilmaa keuhkoihinsa. Ilmassa on happea. Happi kulkeutuu keuhkoista henkilön verenkiertoon. Kun happi menee verenkiertoon, ylimääräistä hiilidioksidia tulee ulos ja menee keuhkoihin. Tätä kutsutaan kaasujen vaihdoksi: periaatteessa happi ja hiilidioksidi vaihtavat paikkaa. Happi on nyt verenkierrossa, joka voi kuljettaa happea kaikkialle kehoon. Myös hiilidioksidi on nyt keuhkoissa, joista se voidaan hengittää ulos.

Aikuiset hengittävät noin 18 kertaa minuutissa eli yli 25 000 kertaa päivässä. Lapset hengittävät vielä nopeammin.

Miten hengitys toimii käytännössä

Hengityksen tie alkaa nenä- ja suuontelosta, josta ilma kulkee kurkunpään (nielu ja kurkunpää) kautta henkitorveen. Henkitorvi jakautuu kahdeksi keuhkoputkeksi, jotka haarautuvat edelleen pienemmiksi pikkukeuhkoputkiksi (bronkiolit) ja lopulta päättyvät keuhkorakkuloihin (alveolit). Keuhkorakkuloissa tapahtuu kaasujen vaihto.

Rinta- ja hengityslihakset – pääasiassa pallea (diaphragma) ja kylkivälilihakset – muuttavat rintakehän tilavuutta. Sisäänhengityksessä pallea laskee ja rintakehä laajenee, mikä laskee keuhkojen paineen ja vetää ilmaa sisään. Uloshengityksessä lihakset rentoutuvat, rintakehä palautuu ja ilma poistuu, usein passiivisesti mutta voimakkaasti uloshengityksessä tarvittaessa aktivoiden myös vatsanlihaksia.

Kaasujen vaihto ja kuljetus veressä

Kaasujen vaihto perustuu diffuusioon: happi siirtyy keuhkorakkuloiden ilmasta niiden ympärillä olevaan kapillaariverenkiertoon, koska veren ja ilman välillä on erilaiset osapaineet. Samalla hiilidioksidi siirtyy verestä keuhkoihin ja poistuu uloshengityksessä.

• Hapen kuljetus: suurin osa hapesta sitoutuu punasolujen hemoglobiiniin. Osa liukenee myös vereen vapaana.
• Hiilidioksidin kuljetus: osa hiilidioksidista kulkee veressä liuenneena, osa sitoutuneena proteiineihin (esim. hemoglobiiniin) ja suurin osa kuljetetaan bikarbonaattina (HCO3−) kemiallisten reaktioiden kautta.

Hengityksen säätely

Hengitystä säätelee aivojen hengityskeskus (pääasiassa aivorungon alueilla). Keskus vastaanottaa tietoa kehon tilasta ja säätää hengitystiheyttä sekä syvyyttä. Tärkeimmät säätelijät ovat:

• keskushermoston kemoreseptorit, jotka reagoivat pääasiassa veren hiilidioksidin ja pH:n muutoksiin, ja
• perifeeriset kemoreseptorit (kaulavaltimoissa ja aortan kaarella), jotka reagoivat veren happipitoisuuteen sekä hiilidioksidiin.

Kun CO2 kasvaa tai veren pH laskee, hengityskeskus lisää hengityksen nopeutta ja syvyyttä poistaakseen ylimääräisen hiilidioksidin. Hapen varastot veressä laskevat vasta jälkikäteen, joten keho säätelee hengitystä ensisijaisesti hiilidioksidin perusteella.

Normaaleja arvoja ja muutokset

Tyypillisiä arvoja aikuiselle levossa:

• Hengitystaajuus: noin 12–20 kertaa/min (mainittu ~18 krt/min yleinen arvio).
• Tiheys hengitysminuutista: vuorokausitasolla yli 20 000 hengitystä usein mainitaan.
• Tilavuusarvot: lehtotilavuus (tidal volume) ~500 ml per hengenveto; minuuttiventilaatio ~6–10 litraa/min levossa.

Hengitystaajuus nousee liikunnan, kuumeen, hengenvaarallisten tilojen ja korkeuden vaikutuksesta. Lapset ja imeväiset hengittävät nopeammin kuin aikuiset.

Yleisiä hengitykseen liittyviä sairauksia

• Astma: keuhkoputkien ahtautuminen ja tulehdus, joka aiheuttaa hengityksen vinkumista ja hengitysvaikeuksia.
• Keuhkoahtaumatauti (COPD): usein tupakoinnista johtuva krooninen tila, jossa ilmateiden ahtautuminen ja keuhkokudoksen vaurio haittaavat kaasujen vaihtoa.
• Kohu (keuhkokuume): keuhkokudoksen tulehdus, jonka aiheuttaa yleensä bakteeri tai virus.
• Unenaikainen hengityskatkos (apnea): hengityksen toistuva keskeytyminen unen aikana.

Kuinka pitää hengityselimet terveinä

• Älä tupakoi ja vältä passiivista tupakansavua.
• Liikunta parantaa hengityselinten toimintaa ja keuhkojen kapasiteettia.
• Pidä rokotukset ajantasaisina (esim. influenssa, pneumokokki), etenkin riskiryhmille.
• Vältä ilman saasteita ja huolehdi hyvästä sisäilman laadusta.
• Hengitysharjoitukset ja fysioterapia voivat auttaa erityisesti hengityssairauksista kärsiviä.

Yhteenvetona: hengitys on elintärkeä prosessi, jonka avulla keho saa happea ja poistaa hiilidioksidia. Se perustuu hengitysteiden toimintaan, lihasten liikkeisiin ja keuhkorakkuloiden kautta tapahtuvaan kaasujen vaihtoon. Hengitystä säätelevät aivot ja kehon kemialliset mittarit, ja sen hyvinvointi on olennaista yleiselle terveydelle.

Miten aivot ohjaavat hengitystä

Aivorungon osa, jota kutsutaan medulla oblongataksi, ohjaa hengitystä. Aivokurkiaisen hermosoluryhmät kertovat hengityslihaksille, milloin hengittää sisään, milloin hengittää nopeammin ja milloin hengittää hitaammin.

Aivorunko mittaa, kuinka paljon hiilidioksidia ihmisen veressä on. Jos hiilidioksidia on liikaa, aivokurkiainen kehottaa kehoa hengittämään nopeammin. Tämä auttaa henkilöä hengittämään ylimääräisen hiilidioksidin ulos. Kun hiilidioksidin määrä veressä on taas normaali, aivokurkiainen käskee kehoa hengittämään taas hitaammin.

Keho mittaa myös veren hapen määrää. Jos veressä on liian vähän happea, aivokurkiainen käskee kehoa hengittämään nopeammin, jotta happea saadaan lisää. Kun veressä on tarpeeksi happea, ydinmahalkiot käskevät kehoa hengittämään taas hitaammin.

Pitkittäisydin (punaisella)

Hengityslihakset

Jotta ihminen voisi hengittää, tiettyjen lihasten on supistuttava (kiristyttävä) ja rentoututtava oikeaan aikaan. Erityiset hermosoluryhmät ydinjatkeessa kertovat näille hengityslihaksille, milloin niiden on supistuttava (jolloin henkilö hengittää sisään) ja milloin rentoututtava (jolloin henkilö hengittää ulos). Hengitystä ohjaavia lihaksia on muutamia pääryhmiä.

Kalvo

Pallea on tärkein hengitystä ohjaava lihas. Se on lihaslevy, joka kulkee rintakehän alaosaa pitkin. Kun pallea on rentoutuneena, se on kupolin muotoinen (kuin puoliympyrä). Kun aivokurkiainen käskee palleaa saamaan kehon hengittämään sisään, pallea vetäytyy alaspäin ja suoristuu. Näin rintakehän sisälle syntyy enemmän tilaa ja keuhkoille enemmän tilaa täyttyä ilmalla. Ilma tulee keuhkoihin (tämä on sisäänhengitys). Kun on aika hengittää ulos, pallea rentoutuu jälleen ja ilma poistuu keuhkoista.

Noin 60-70 % ihmisen hengityskyvystä tulee palleasta.

Palleaa ohjaa erityinen hermosarja, jota kutsutaan freniahermoiksi. Aivokalvo kertoo pallealle, milloin sen on supistuttava, lähettämällä viestejä freniashermojen kautta. Koska pallea on niin tärkeä hengitykselle, freniahermot ovat hyvin suojattuja kehossa. Ne ovat selkäytimen yläosassa, lähellä kaulaa.

Kylkivälilihakset (kylkilihakset)

Rintalihakset kulkevat kunkin kylkiluun välissä. Kun henkilön on hengitettävä sisään, nämä lihakset supistuvat ja vetävät kylkiluut ylöspäin. Näin rintakehän sisälle syntyy enemmän tilaa keuhkojen täyttymiselle.

Kun ihminen lepää, noin 30-40 prosenttia hänen hengityskyvystään tulee rintalihaksista.

Rintalihaksia ohjaavat rintalihasten väliset hermot. Sydänydin kertoo interkostalihaksille, milloin niiden on supistuttava, lähettämällä viestejä näiden hermojen kautta. Kylkiluiden väliset hermot eivät ole yhtä hyvin suojattuja kuin freniaalihermot. Rintakehähermot kulkevat rintarangan (joka on selän ylä- ja keskiosassa) varrella ja yhdistyvät rintalihaksiin. Tämä tarkoittaa, että jos henkilö loukkaa rintarangan, hän ei välttämättä pysty käyttämään rintakehän välisiä lihaksia. Hän menettäisi silloin 30-40 prosenttia hengityskyvystään. Koska palleaa ohjaavat hermot ovat kuitenkin paljon ylempänä selkärangassa ja paremmin suojattuina, henkilö pystyisi edelleen käyttämään palleaansa hengittämiseen. Hänellä olisi edelleen 60-70 prosenttia hengityskyvystään.

Apulaislihakset

Apulihakset ovat lihaksia, joita henkilö käyttää vain silloin, kun hän tarvitsee lisäapua hengittämiseen. Joskus tämä on normaalia. Jos henkilö on esimerkiksi juuri harrastanut paljon liikuntaa, hän saattaa tarvita lisähappea. Silloin aivokuori käskee apulihaksia käynnistymään, jotta henkilön on helpompi nostaa rintaansa, jotta keuhkot täyttyisivät paremmin. Tärkeimmät apulihakset ovat rintakehän, vatsan ja kaulan lihakset.

Jos henkilö joutuu kuitenkin käyttämään apulihaksia hengittääkseen levossa, se on merkki siitä, että hän ei saa elimistönsä tarvitsemaa happea. Hän saattaa tarvita lääkitystä, lisähappea maskin kautta tai jopa ensiapua, jotta hän voi hengittää normaalisti. Esimerkiksi astmaa tai kroonista obstruktiivista keuhkosairautta (COPD) sairastavat käyttävät usein inhalaattoria, kun heillä on hengitysvaikeuksia. Inhalaattori puhaltaa lääkettä, kuten albuterolia, henkitorveen ja keuhkoihin. Tämä laajentaa hengitysteitä ja auttaa henkilöä hengittämään paremmin kuin ennen.

Animaatio kalvon toiminnasta (vihreällä).


Inhalaattori

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on hengitys?

K: Miksi hengittäminen on tärkeää?

K: Miksi jokainen kehon osa tarvitsee happea?

K: Mitä tapahtuu, kun ihminen hengittää sisään?

K: Mitä on kaasujen vaihto?

K: Kuinka usein aikuiset hengittävät?

K: Miksi lapset hengittävät vielä nopeammin?

Hae kirjaimella