Keuhkot: mitä ne ovat, rakenne ja kaasujenvaihto
Keuhkot: rakenne ja kaasujenvaihto selitetty — miten keuhkorakkulat siirtävät happea vereen ja poistavat hiilidioksidia tehokkaasti.
Keuhkot ovat monien selkärankaisten (eläinten, joilla on selkäranka) elin. Se ottaa ilmasta happea ja poistaa hiilidioksidia. Useimmilla selkärankaisilla, joilla on keuhkot, niitä on kaksi.
Eläimillä keuhkot ovat alue, jossa kaasujen vaihto tapahtuu. Ilman kaasujenvaihtoa happi ei kulkeutuisi keuhkoista vereen, joten kehon solut eivät saisi hengitykseen tarvittavaa happea. Keuhkojen tehtävä on siten elintärkeä: ne mahdollistavat soluhengityksen ylläpitämisen siirtämällä happea vereen ja poistamalla siitä sitä vastoin syntyvää hiilidioksidia.
Keuhkorakkulat ovat kosteat, jotta happi pääsee kulkeutumaan keuhkoista keuhkorakkuloiden läpi verisuoniin ja punasoluihin. Hiilidioksidi kulkeutuu verestä keuhkorakkuloihin. Hapen täyttämä veri palaa takaisin sydämeen, ja keuhkorakkuloissa oleva hiilidioksidi työntyy ulos keuhkoista ja hengittämäämme ilmaan.
Keuhkojen rakenne
Keuhkot jakautuvat pääosin kahteen osaan: oikeaan ja vasempaan keuhkoon. Oikeassa keuhkossa on yleensä kolme lohkoa ja vasemmassa kaksi (vasemmalla on usein sydämen vaatima tilanvähennys). Ilma kulkeutuu hengitysteitä pitkin seuraavassa järjestyksessä: nenä/nenäontelo → nielu → henkitorvi → pääkeuhkoputket (bronchit) → pienemmät keuhkoputket → bronkiolit → keuhkorakkulat (alveolit). Joissakin osissa tekstiä käytetään myös termejä "johtava vyöhyke" (ei kaasujenvaihtoa) ja "hengitysvyöhyke" (jossa kaasujenvaihto tapahtuu).
Keuhkorakkuloita on ihmisellä noin 300 miljoonaa, ja niiden kokonaispinta-ala on suuri — useita kymmeniä neliömetrejä (arviolta noin 70 m²), mikä mahdollistaa tehokkaan kaasujenvaihdon. Keuhkorakkuloiden seinämät ovat erittäin ohuita (luokkaa 0,2–0,6 mikrometriä), jotta kaasut voivat diffundoitua nopeasti verisuoniin.
Kaasujenvaihto ja sen fysiologia
Kaasujenvaihto perustuu diffuusioon eli kaasujen liikkumiseen pitoisuus- tai osapaine-erojen mukaan. Veren hiilidioksidipitoisuus on keuhkoissa suurempi kuin alveoleissa, joten hiilidioksidi siirtyy verestä alveoliin. Vastaavasti ilman happipitoisuus (tai oikeammin happi-osapaine) alveoleissa on suurempi kuin keuhkoveressä, joten happea siirtyy vereen ja sitoutuu pääosin hemoglobiiniin punasoluissa.
Keuhkoissa on kaksi verenkierrossa toimivaa osaa: keuhkovaltimoverenkierto (pulmonaalikierto) kuljettaa vähähappista verta sydämestä keuhkoihin kaasujenvaihtoa varten, ja pienemmällä bronchiaalivaltimoiden järjestelmällä (bronchial circulation) tuodaan happea keuhkokudoksen omille soluille. Hyvä verenkierron ja ilmanvaihdon yhteensopivuus (ventilaatio-perfuusio, V/Q) on tärkeää, jotta happi ja hiilidioksidi vaihtuvat tehokkaasti.
Keuhkorakkuloiden pinnalla on pintajännitystä vähentävää ainetta, surfactanttia, jota tuottavat tyypin II alveolisolut. Surfactant estää alveolien luhistumista (atelektasia) ja helpottaa hengitystä. Vastasyntyneiden, erityisesti ennenaikaisesti syntyneiden vauvojen hengitysvaikeudet voivat johtua surfactantin puutteesta (NRDS).
Hengitysliikkeet ja ilman kulku
Hengitys tapahtuu kahdella päävaiheella: sisäänhengitys (inhalointi) ja uloshengitys (ekshalointi). Sisäänhengityksessä rinnakkaiset lihakset, erityisesti pallea (diaphragma) ja ulommat kylkivälilihakset, laajentavat rintakehää ja pienentävät keuhkojen sisäistä painetta, jolloin ilma virtaa sisään. Uloshengitys on levossa pääosin passiivinen prosessi, jossa pallean rentoutuessa ja rintakehän palautuessa takaisin ilma poistuu keuhkoista.
Hengitystä säätelee keskushermosto, erityisesti ydinjatke (medulla oblongata) ja aivosilta (pons), jotka reagoivat veren hiilidioksidin, hapen ja pH:n muutoksiin ja säätävät hengitystiheyttä ja -syvyyttä.
Keuhkojen suojamekanismit ja ylläpito
Keuhkoja suojaavat useat mekanismit: nenän karvat ja lima, kurkunpään refleksit, liman ja kiinteiden hiukkasten siirtävä mukosiliaarinen kuljetus, sekä keuhkojen makrofagit, jotka poistavat vieraita hiukkasia ja mikro-organismeja. Terveellinen elämäntapa — tupakoimattomuus, rokotukset influenssaa ja keuhkokuumetta vastaan, hyvä käsihygienia ja riittävä liikunta — ylläpitää keuhkojen toimintaa.
Yleisiä sairauksia
Keuhkosairaudet ovat moninaisia. Tavallisimpia ovat esimerkiksi:
- Astma — krooninen tulehdussairaus, johon liittyy hengitysteiden supistuminen ja liman lisääntynyt tuotanto.
- Keuhkoahtaumatauti (COPD) — usein tupakoinnin aiheuttama pitkäaikainen sairaus, jossa keuhkojen ilmanvaihto heikkenee.
- Keuhkokuume (pneumonia) — infektio, joka saa keuhkokudoksen tulehtumaan ja heikentää kaasujenvaihtoa.
- Keuhkofibroosi ja muut interstitiaaliset sairaudet — johtavat keuhkokudoksen arpeutumiseen ja jäykistymiseen.
Muita huomioita
Keuhkojen toiminta riippuu monesta tekijästä: ilmanlaadusta, verenkierron toiminnasta, hengityslihasten kunnosta ja keuhkokudoksen rakenteesta. Arvioitaessa keuhkojen toimintaa käytetään esimerkiksi spirometriaa (ilman virtausmittaus), röntgen- ja CT-kuvauksia sekä verikaasuanalyysejä. Jos sinulla on hengitysvaikeuksia, pitkittyvää yskää tai muita huolestuttavia oireita, on syytä hakeutua lääkärin arvioon.
Ihmisen keuhkot ja sydän
Lintujen keuhkot
Lintujen keuhkot ovat pienemmät kuin nisäkkäiden keuhkot, eikä niissä ole keuhkorakkuloita, vaan miljoonia para-bronkeja. Nämä para-bronchit päätyvät pieniin kapillaareihin tai hyvin pieniin verisuoniin, ja ne kulkevat lähellä kehon verisuonia, joten diffuusio voi tapahtua ja happi ja hiilidioksidi vaihtuvat. Lintujen keuhkoissa happi ja hiilidioksidi diffundoituvat jatkuvasti vereen ja verestä ulos, toisin kuin nisäkkäillä, joilla diffuusio voi tapahtua vain keuhkorakkuloissa. Ilma ei kulje keuhkoihin ja sieltä takaisin ulos kuten nisäkkäillä. Sen sijaan lihaksikkaat ilmapussit työntävät ilmaa eteenpäin lintujen keuhkoissa.
Matelijan keuhkot
Matelijoiden keuhkot avautuvat ja sulkeutuvat, koska niitä ympäröivät kylkiluut painavat niitä alaspäin ja avautuvat sitten lihasten avulla. Maksa on myös kiinnittynyt keuhkojen pohjaan, ja kun maksaan kiinnittynyt lihas vetää, maksa siirtyy poispäin keuhkoista ja vetää niitä, jolloin ne kasvavat.
Sammakkoeläinten keuhkot
Sammakon keuhkot ovat hyvin yksinkertaiset verrattuna useimpiin muihin keuhkoihin, ne ovat pelkkiä ilmapalloja, joiden kosteat ulkopinnat mahdollistavat diffuusion. Sammakot eivät kuitenkaan liiku paljon, joten ne eivät tarvitse paljon happea, mutta ne voivat ottaa happea myös kostean ulkokuorensa kautta, jos hapen tarve on suuri (esim. taistelu- tai pakoreaktio).
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on keuhkojen tehtävä selkärankaisilla?
V: Keuhkot ottavat ilmasta veren happea ja poistavat hiilidioksidia.
K: Kuinka monta keuhkoa useimmilla selkärankaisilla on?
V: Useimmilla selkärankaisilla, joilla on keuhkot, niitä on kaksi.
K: Mitä keuhkoissa tapahtuu kaasunvaihdon aikana?
V: Keuhkot ovat alue, jossa kaasujen vaihto tapahtuu. Ilman kaasujenvaihtoa happi ei kulkeutuisi keuhkoista vereen, joten kehon solut eivät saisi hengitykseen tarvittavaa happea.
K: Mitä ovat keuhkorakkulat?
V: Alveolit ovat keuhkoissa olevia kosteita rakenteita, joiden avulla happi siirtyy keuhkoista alveolien kautta verisuoniin ja punasoluihin.
K: Mikä on hiilidioksidin tehtävä keuhkoissa?
V: Hiilidioksidi kulkeutuu verestä keuhkorakkuloihin.
K: Minne hapella täytetty veri menee keuhkoista poistuttuaan?
V: Hapen täyttämä veri palaa takaisin sydämeen.
K: Minne hiilidioksidi menee keuhkoista poistuttuaan?
V: Keuhkorakkuloissa oleva hiilidioksidi työntyy ulos keuhkoista ja päätyy uloshengitysilmaan.
Etsiä