Hengitys (fysiologia)

**Hengitys** tarkoittaa fysiologiassa eliön ja sen ympäristön välistä kaasujenvaihtoa, jossa happea siirtyy elimistöön ja hiilidioksidia poistuu siitä. Hengitys mahdollistaa soluhengityksen, jossa ravintoaineiden kemiallista energiaa vapautetaan solujen käyttöön.  

Fysiologinen hengitys viittaa kaasujen siirtymiseen eliön ja ympäristön välillä, kun taas soluhengitys on solutasolla tapahtuva aineenvaihduntareaktio. Nämä prosessit liittyvät toisiinsa, mutta eivät ole sama asia.

## Hengityksen perusperiaatteet
Hengitys perustuu kaasujen diffuusioon osapaine-erojen suuntaan. Happi siirtyy ympäristöstä hengityspinnalle ja edelleen verenkiertoon tai kudosnesteeseen. Hiilidioksidi siirtyy vastakkaiseen suuntaan.

Tehokas hengitys edellyttää:
* riittävää hengityspinta-alaa
* ohutta diffuusiomatkaa
* kaasujen kuljetusjärjestelmää (esimerkiksi verenkierto)
* hengityspinnan kosteutta

Eri eliöryhmissä nämä vaatimukset on ratkaistu erilaisilla rakenteellisilla ja toiminnallisilla sopeumilla.

## Hengitystavat eri eliöillä

### Diffuusio solukalvon läpi

Yksisoluisilla eliöillä sekä pienillä monisoluisilla eläimillä kaasujenvaihto tapahtuu suoraan solukalvon tai ruumiin pinnan läpi diffuusion avulla. Erillistä hengityselimistöä ei tarvita, koska etäisyydet ympäristöstä soluihin ovat lyhyitä.

Tämä hengitystapa rajoittaa eliön kokoa ja muotoa, sillä diffuusio on tehokasta vain lyhyillä etäisyyksillä.

### Ihon kautta tapahtuva hengitys
Ihohengityksessä kaasut diffundoituvat suoraan ihon läpi. Hengityspinnan tulee olla ohut ja kostea. Tätä esiintyy esimerkiksi useilla sammakkoeläimillä sekä joillakin nivelmadoilla.

Ihohengitys voi toimia joko ainoana hengitysmuotona tai täydentää muita hengityselimiä, kuten keuhkoja tai kiduksia.

### Kidushengitys

*Kidushengitys* on tyypillistä vesieliöille, kuten useimmille kaloille ja monille selkärangattomille. Kidukset tarjoavat suuren pinta-alan kaasujenvaihdolle vedessä.  

Vedessä hapen pitoisuus on alhaisempi kuin ilmassa, joten tehokas veden virtaus kidusten yli on välttämätöntä. Monilla kalalajeilla esiintyy vastavirtaperiaate, jossa veri ja vesi virtaavat vastakkaisiin suuntiin, mikä tehostaa hapen siirtymistä vereen.

### Ilmaputkistohengitys

Hyönteisillä ja joillakin muilla niveljalkaisilla hengitys tapahtuu ilmaputkiston avulla. Ilma kulkee ruumiin pinnalla olevien ilmarakojen kautta haaroittuvaan putkistoon, joka ulottuu suoraan kudoksiin.

Tässä järjestelmässä happi kulkeutuu suoraan soluille ilman verenkierron välitystä. Ilmaputkistohengitys on tehokas pienikokoisilla eliöillä, mutta se rajoittaa ruumiinkokoa, koska diffuusiomatkat kasvavat koon mukana.

### Keuhkohengitys

*Keuhkohengitys* on useimpien maaeläinten hengitystapa, jossa ilma kulkee hengitysteiden kautta keuhkoihin ja kaasut vaihtuvat keuhkojen hengityspinnalla. Happea siirtyy keuhkoista verenkiertoon ja edelleen kudoksiin, joissa se käytetään soluhengityksessä. Soluhengityksessä syntynyt hiilidioksidi kulkeutuu veren mukana takaisin keuhkoihin ja poistuu uloshengityksessä.

Keuhkohengityksessä erotetaan ilman kulku hengitysteissä (ventilaatio) ja kaasujenvaihto keuhkojen hengityspinnalla. Selkärankaisilla ylähengitysteihin kuuluvat muun muassa nenäontelo, nielu ja kurkunpää, ja alahengitysteihin henkitorvi, keuhkoputket sekä keuhkojen pienemmät ilmatiehyet ja hengityspinnat.

Sisäänhengityksessä rintaontelon tilavuus kasvaa hengityslihasten, erityisesti pallean ja kylkivälilihasten, supistuessa. Tilavuuden kasvu aiheuttaa paineen alenemisen keuhkoissa, jolloin ilma virtaa sisään. Uloshengityksessä hengityslihakset rentoutuvat ja rintaontelo palautuu lepotilaan, mikä johtaa ilman virtaamiseen ulos.

Kaasujenvaihto tapahtuu keuhkojen hengityspinnoilla, kuten nisäkkäiden alveoleissa. Happi diffundoituu verenkiertoon ja sitoutuu pääosin hemoglobiiniin punasoluissa. Hiilidioksidi kulkeutuu veressä pääasiassa vetykarbonaatti-ionina, mutta myös hemoglobiiniin sitoutuneena ja liuenneena plasmaan.

Keuhkojen rakenne vaihtelee selkärankaisryhmittäin. Matelijoilla keuhkot ovat usein suhteellisen yksinkertaisia ja lokeroituneita. Linnuilla hengitysjärjestelmä on erikoistunut: keuhkot ovat jäykät ja niihin liittyvät ilmapussit mahdollistavat ilman lähes jatkuvan virtauksen keuhkokudoksen läpi sekä sisään- että uloshengityksen aikana, mikä tehostaa kaasujenvaihtoa. Nisäkkäillä keuhkot koostuvat haarautuvasta keuhkoputkistosta ja lukuisista alveoleista, jotka muodostavat suuren pinta-alan diffuusiolle.

Keuhkohengityksen tehokkuus riippuu hengityspinnan laajuudesta, diffuusiomatkan pituudesta, ilmanvaihdon ja verenkierron yhteensopivuudesta sekä veren kaasujen kuljetuskyvystä. Hengitystä säätelevät hermostolliset ja kemialliset mekanismit, joissa veren hiilidioksidipitoisuudella on keskeinen merkitys.

### Erityiset hengitysmuodot
Joillakin eliöillä esiintyy poikkeavia hengitysmekanismeja. Esimerkiksi tietyt kalalajit voivat ottaa happea suoliston tai uimarakon kautta. Lisäksi osa eläimistä kykenee sietämään vähähappisia olosuhteita aineenvaihduntaa hidastamalla.

## Hengityksen säätely ja sopeumat
Hengitysjärjestelmä on sopeutunut eliön elinympäristöön. Vesieliöillä hengityspinnat on optimoitu veden alhaiseen happipitoisuuteen, kun taas maaeläimillä rakenteet ehkäisevät kuivumista.

Monilla selkärankaisilla hengitystä säätelevät hermostolliset ja kemialliset mekanismit, jotka reagoivat veren hiilidioksidi- ja happipitoisuuksiin. Hengitystiheys ja -syvyys muuttuvat aineenvaihdunnan tarpeen mukaan.

## Merkitys
Hengitys on välttämätön prosessi aerobisille eliöille. Ilman riittävää kaasujenvaihtoa soluhengitys häiriintyy, mikä johtaa energianpuutteeseen ja soluvaurioihin.

## Katso myös
* Soluhengitys
* Hengityselimistö
* Diffuusio
* Verenkiertoelimistö
* Ihohengitys
* Kidukset
* Henkitorvi

## Lähteet
### Viitteet