2. rész: Légzés és keringés

Az előző rész bőven hagyott elvarratlan szálat maga után, ezeket vesszük fel most.
Lényegében, amit eddig láttunk az mind a sejten belül történt, így a nyilakat követve a véráramnál folytathatjuk. Az ábrákon ott az oxigén, szén-dioxid, és a laktát szerepel, kezdjük először a gázokkal!

Mindenki tisztában van vele, hogy a légzési gázokat a vér szállítja a szövetek és a tüdő között, de ennél azért érdemes egy fokkal mélyebbre nézni. A szén-dioxid oldhatósága testhőmérsékleten csupán 0,67 ml CO₂ literenként, az oxigéné pedig ennél még huszonkétszer rosszabb, ami a legtöbb gerinces szervezet anyagcseréjéhez mérten nagyon kevés. Szerencsére az evolúció során kialakult egy rendszer, ami megtöbbszörözte a vér kapacitását. Az alábbi ábrán a szövet, a vérplazma, és a bennük úszó vörösvértestek láthatóak:

A szövet tehát oxigént vesz fel, és szén-dioxidot ad le. Az oxigén esete egyszerű, a hemoglobin óriásmolekulához (Hb^-) kötődve szállítódik, és onnan diffúzióval kerül a szövethez. A vérplazma szabad O₂ koncentrációja igen alacsony, mondhatni elhanyagolható ahhoz képest, amennyit a vértestek szállítanak. A CO₂ esete ennél egy fokkal bonyolultabb. Egy része ugyancsak a hemoglobinhoz kötődik (egy H⁺-ionnal együtt), de egy fontos kémiai tulajdonsága lehetővé teszi, hogy oldott formában is szállítható legyen.

A hidrogénkarbonát-ion tehát jól oldódik a vérplazmában, és – amint ezt később látjuk majd – a szervezet sav-bázis egyensúlyában is kulcsszerepet játszik. Az eddig leírt folyamat fordítottja játszódik le a tüdőben: a léghólyagokat, más néven alveolusokat kapillárisok hálózzák be, és a kettő közötti diffúzióval közlekednek a szállított gázok. Nézzük meg, hogy a tüdő szintjén melyek a korlátozó tényezők a gázcsere mennyiségére vonatkozóan.

Normális esetben a diffúzió gyorsasága bőven elegendő: az alveolus és a kapilláris vér oxigénszintje körülbelül negyed másodperc alatt kiegyenlítődik. Feltéve, hogy a légzés akadálymentes, a tüdő és a külvilág közti légcsere, vagyis a ventiláció sem okozhat problémát. Légzőizmainkat, és a légzéstechnikát tudjuk némileg fejleszteni, de a tüdő anatómiája lényegében nem változik edzés hatására, nem lesz nagyobb a felülete és összességében a saját teljesítménye változatlan. Mi marad akkor? A tüdőn percenként átáramló vér mennyisége, a perfúzió azonban jól képes alkalmazkodni az igényekhez, ez át is visz minket a következő nagy témára, a keringésre.

A kapillárisokban lévő vér mindig a nagy nyomású artériákból az alacsony nyomású vénák felé áramlik, és ezt a nyomáskülönbséget a pumpaként működő szív tartja fent, és ugyancsak a szív köti össze a tüdőt tartalmazó kis vérkört és az oxigént fogyasztó szöveteket behálózó nagy vérkört:

A szöveti perfúzió is nagyon változékony. Minél sűrűbben hálózzák be az izmokat a kapillárisok (minél nagyobb az összeadott keresztmetszetük), annál több oxigénnel telített vér képes áthaladni rajtuk, meggyorsítva ezzel a szöveti gázcserét. Ne feledkezzünk meg a későbbiekben arról az egyszerű tényről még, hogy maga szív is egy izom, fogyaszt oxigént, nem is keveset (ld. fent a vékony nyilakat), ezért extrém terhelésnél a csökkent oxigénellátás automatikusan leszabályozhatja a szívizom munkáját.
A bal kamrából egyetlen összehúzódás alatt távozó mennyiség a pulzustérfogat, a percenkénti összehúzódások számát pedig nem is kellene leírnom, mert ismerős lesz, ez a pulzus vagy inkább szívfrekvencia. A szív teljesítményét logikusan e kettőnek a szorzata, vagyis az egy perc alatt a bal kamrából kipumpált vér mennyisége, a perctérfogat fejezi ki.

Most minket az oxigén útja érdekel elsősorban, így az előző ábrán az artériás (aO₂) és ún. kevert vénás (vO₂) vér oxigénszintjét is láthatjuk. A kettő különbsége (aO₂ – v̅O₂) adja meg, hogy milyen hatékonyan veszik fel az oxigént a szövetek (ez természetesen elsősorban a szövet fajtájától függ, pl. a zsírszövet ebben jóval alulmarad mondjuk az agyhoz vagy a vázizmokhoz képest). Összesítve tehát:

Gyakran találkozhatunk ezzel a kifejezéssel az angol rövidítésekkel is, ezért érdemes legalább megszokni az alábbi jelölés szerint is:

      HR: Heart Rate – szívfrekvencia
      SV: Stroke Volume – pulzustérfogat
      CO: Cardiac Output – perctérfogat

A nagy V (térfogat) feletti pont azt jelöli, hogy időegység (itt: percenként) mért oxigénről van szó.
Lássuk, hogyan változnak a fentiek értékei (függőleges tengely) különböző szintű terhelés (vízszintes tengely) hatására:

Bármennyire csúnyára sikerült is a fenti grafikon, egy pár dolgot azért észrevehetünk:

1. A pulzustérfogat csak egy bizonyos pontig képes megnőni, és addig sem lineárisan változik. Ez azért van, mert magas terhelésnél a szívfrekvencia is gyors, ami lecsökkenti a szív vérrel való telítődésének idejét, vagyis kénytelen a lehetséges maximumnál kevesebbet pumpálni a szív egy összehúzódás alatt.
   Krónikus, vagyis több évi rendszeres állóképességi edzés hatására megnő a szív térfogata, különösen a bal kamráé, ezért javul az összehúzódás hatékonysága, és ugyanaz a perctérfogat így alacsonyabb frekvencia mellett is elérhető („sportszív”). Az állóképességi sportot űzőknek így alacsonyabb a nyugalmi pulzusuk (egyeseknél akár 40/perc alatti).
2. A számunkra oly meghatározó perctérfogat jó közelítéssel arányosan követi a szívfrekvenciát. Ez lehetőséget ad arra, hogy a könnyen mérhető pulzus segítségével tájékozódjunk a keringést érő terhelés relatív mértékéről (és természetesen arra is, hogy üzletet, iparágat építsenek rá).
3. A három görbe ok-okozati összefüggésben áll egymással, a fenti sorrendnek megfelelően. Mindez annyit tesz, hogy a V̇O₂ is a perctérfogattól függ elsősorban (másodsorban a mitokondriumok aktivitásától), éppen ezért egy pont után nem növelhető tovább. Ez a nevezetes érték a V̇O_{2 max}, de erről bőven lesz alkalom szót ejteni egy későbbi részben.

Forrás és ajánlott irodalom:
Guyton-Hall: Textbook of Medical Physiology