Hingamine

Hingamine ehk respiratsioon on organismide kataboolne gaasivahetus väliskeskkonnaga. See võib toimuda nii anaeroobses (mineraalne hingamine) kui ka aeroobses (hapnikuhingamine ehk aeroobne respiratsioon) keskkonnas. Sõltuvalt hingamisprotsesside toimumiskohast saab rääkida kopsuhingamisest, nahahingamisest, lõpushingamisest jne; molekulaartasandil toimuvat hingamist nimetatakse ka rakuhingamiseks.
Laiemas mõistes haarab hingamine (eukarüootidel) kõiki protsesse, mille kaudu väliskeskkonnast pärinev molekulaarne hapnik jõuab organismi rakkude mitokondreisse ja oksüdatsiooniprotsessides vabanev CO2 organismist väljutatakse. Kitsamas mõistes (maismaaselgroogsetel) hõlmab hingamine üksnes kopsude ventileerimist ehk õhuhapniku jõudmist hingamiselundeisse.
Täiskasvanud inimene teeb keskmiselt 14 hingetõmmet minutis.
Mehhanism.
Imetajates toimub sissehingamine üldjuhul vahelihase kokkutõmbumise abil. Seda nimetatakse negatiivse rõhuga hingamiseks. Normaaljuhul suureneb vahelihase kokkutõmbumisel rinnaõõne ruumala ja õhk imetakse rõhugradiendi järgi kopsudesse. Sellele protsessile aitavad kaasa roietevahelised lihased, mis tõstavad rinnakorvi ülespoole ja roideid väljapoole ning suurendavad sel viisil rinnaõõne ruumala. Vahelihase lõdvestumisel toimub vastupidine protsess, põhjustades rinnaõõne ruumala vähenemise. Samal ajal lõdvestuvad ka roietevahelised lihased ja vähendavad ruumala veelgi. Kui ülemistes hingamisteedes takistusi ei ole, surutakse õhk suurenenud rõhu mõjul kopsudest välja. Rahulikul väljahingamisel lihased tööd ei tee.
Kahepaiksetel esineb positiivse rõhuga hingamine. Lihased liigutavad suupõhja allapoole, suurendades suuõõne ruumala ja põhjustades õhu sissevoolu ninasõõrmete kaudu. Seejärel ninasõõrmed sulguvad ja suuõõne põhi surub õhu kopsudesse. Väljahingamisel tõmbab alanev suupõhi õhu kopsudest välja, seejärel avanevad sõõrmed ja suupõhi surub õhu taas ümbritsevasse keskkonda. Puhkeolekus on väljahingamine kopsualveoolide ja kopse ümbritseva rinnaõõne lihaselise seina elastse kokkutõmbumise tulemus.
Hingamisega on seotud järgmised elundid: suu, nina ja ninasõõrmed, neel, kõri, hingetoru, bronhid, kopsud, vahelihas ning hingamisteede mikroskoopilised lõpposad, bronhioolid ja kopsualveoolid.
Hingamise juhtimine.
Hingamine on üks vähestest autonoomsetest kehalistest funktsioonidest, mida on võimalik teatud piirides tahtega mõjutada.
Teadlik kontroll.
Hingamise tahtlikku mõjutamist kasutatakse meditatsioonis, eriti joogas, näiteks "pranayama"-joogas, aga mitte "anapana"-joogas, kus ainult jälgitakse oma hingamist. Ka ujudes, trenni tehes või rääkides võib inimene õppida oma hingamist juhtima. Algul toimub see juhtimine teadlikult, hiljem juba alateadlikult. Inimkõneks on vajalik kõrgelt arenenud hingamise kontrollimise võime. Hingamise juhtimist kasutatakse näiteks ka Buteyko meetodis.
Alateadlik kontroll.
Alateadlikult juhivad hingamist kindlad piirkonnad ajutüves, mis reguleerivad automaatselt hingamise kiirust ja sügavust keha vajadustest lähtuvalt. Kui süsinikdioksiidi sisaldus veres suureneb, reageerib see veres leiduva veega ja moodustab süsihappe, mis langetab vere pH-d. Piimhape, mida toodavad anaeroobse hingamise kaudu lihased, langetab samuti vere pH-d. Vere pH langus stimuleerib unearteripäsmas (ld "glomus caroticum") ja aordipäsmas (ld "glomus aorticum") asuvaid kemoretseptoreid, mis saadavad signaalid hingamiskeskusse piklikajus ja ajusillas ("pons"). Sealt omakorda saadetakse signaalid vahelihasesse.
Näited.
Füüsilise pingutuse ajal suureneb veres süsinikdioksiidi sisaldus intensiivsema rakuhingamise tõttu lihastes. See omakorda stimuleerib unearteri- ja aordipäsmast ning aju hingamiskeskust, mis tõstab hingamise kiirust. Puhkeajal on vere süsinikdioksiidi sisaldus väiksem ja hingamine on aeglasem. Hingamise kiirenemise ja uppumistunde põhjustab eelkõige süsinikdioksiidi toimel vere happelisemaks muutumine, mitte otseselt hapniku puudus.
Hingamise peatamine.
Terve inimene ei saa pikaks ajaks vabatahtlikult hingamata jätta. Kui ta uut õhku sisse ei tõmba, suureneb süsinikdioksiidi sisaldus veres ja inimene kogeb uppumistunnet, mis sunnib teda hingama. See mahasurumatu refleks on loomulik, arvestades, et hingamiseta väheneb hapnikusisaldus veres ohtlikule tasemele juba mõne minutiga. See võib põhjustada pöördumatut ajukahjustust ja surma.
On olnud juhuseid, kui inimesed on hingamata suutnud elus püsida mitu tundi. See on võimalik ainult külma vee all viibides, sest see käivitab imetaja sukeldumisrefleksi ja paneb sukelduja talveunetaolisse seisundisse.
Kui terve inimene hoiab oma hinge kinni piisavalt pika aja vältel, kaotab ta teadvuse ja ta keha hakkab seejärel ise hingama. Seetõttu ei ole võimalik sellisel viisil enesetappu sooritada. Kui hingamist takistaks lisaks tahtlikule hinge kinnihoidmisele veel miski, näiteks vesi, siis oleks inimese elu ohus.
Hingeldamine põhjustab vere süsinikdioksiidi sisalduse vähenemist alla normaalse. Selle mõjul väheneb eluks vajalike organite varustamine vere ja hapnikuga Bohri efekti ja süsinikdioksiidi põhjustatud vasokonstriktsiooni tõttu. Tahtlik hingeldamine võib viia minestamiseni, sest ajus tekib hapnikupuudus.
Hingatava õhu omadused.
Koostis.
Hapnik on hingatavatest gaasidest tähtsaim. Õhu koostisosad on mahuprotsentides 78% lämmastik, 21% hapnik, 0,96% argoon, 0,04% süsinikdioksiid, heelium, vesi ja teised gaasid. Sukeldujad hingavad tihti hapniku- või heeliumirikkaid gaasisegusid. Meditsiinis antakse patsientidele vahel puhast hapnikku või valu vaigistavaid gaase. Skafandrite siseatmosfäär koosneb puhtast hapnikust.
Kuna inimene on kohastunud madala õhuhapniku kontsentratsiooniga, siis võib puhta hapniku keskkond tekitada hüperaktiivsust ja eufooriat.
Väljahingatavas õhus on absoluutses mõõtkavas 4–5% rohkem süsinikdioksiidi ja 4–5% vähem hapnikku kui sissehingatavas õhus. Lisaks sisaldab väljahingatav õhk 5% ulatuses veeauru ja väikestes kogustes vesinikku, süsinikmonoksiidi, ammoniaaki, atsetooni, metanooli, etanooli ja teisi orgaanilisi ühendeid. Väljahingatava hapniku ja süsinikdioksiidi kogus võib muutuda sõltuvalt toitumisest, füüsilisest pingutusest ja füüsilise treenituse astmest.
Õhurõhk.
Atmosfäärirõhk on madalam merepinnast kõrgemal, sest ülaltpoolt rõhuva õhu mass on väiksem. See võib tekitada mägihaigust ja hapnikupuudust. Vee all hingates on gaasid merepinnaga võrreldes vee raskuse tõttu suurema rõhu all. Selle tagajärjel võib sukeldujatel tekkida lämmastikunarkoos, hapnikumürgitus või kessoontõbi.
Tähtsus kultuuris.
"Taijiquan"'is kombineeritakse aeroobne treening ja hingamine, et treenida vahelihast ja rühti, mis aitab keha energiavarusid efektiivsemalt kasutada. Muusikud kasutavad hingamist puhkpillide mängimiseks. Naer on füsioloogiliselt lihtne äkiliste väljahingamiste jada. Luksumine, haigutamine ja aevastamine on samuti hingamisega seotud nähtused.
Ajaloos on hingamist tihti seostatud elujõuga. Heebreakeelne Piibel kirjeldab protsessi, kus Jumal puhub elujõu või hinge savitükki, äratades niimoodi ellu Aadama. Lisaks kirjutatakse seal, et hing läheb pärast surma Jumala juurde tagasi. Mõisted nagu "hing", ""chi" ja "prana"" on seotud hingamisega.
Aeroobne hingamine.
Aeroobne hingamine toimub üksnes hapniku juuresolekul ja võrreldes mineraalse hingamisega on see energeetiliselt efektiivsem. Hapnikuhingamine toimub enamikul aeroobses keskkonnas elavatel organismidel.
Mineraalne hingamine.
Mineraalne hingamine toimub keskkonnas, kus vaba hapnik puudub. Sealsetele organismidele põhjustab hapniku keskkonda ilmumine enamasti mürgistuse.
Kalade hingamine.
Suurem osa kalasid hingavad lõpustega, mis asuvad neelu külgedel. Lõpused koosnevad õhukestest filamentsetest koeplaatidest, mis sisaldavad kapillaare. Lõpustel on suur pindala, et saaks toimuda kiire hapniku ja süsihappegaasi vahetus väliskeskkonnaga. Gaasivahetus toimub, kui vesi pumbatakse suu kaudu üle lõpuste. Mõnedel kaladel voolab veri kapillaarides vee liikumisega vastassuunas ja see muudab gaasivahetuse efektiivsemaks. Hapnikuvaene vesi lahkub lõpustest neelu külgedel asuvate lõhede kaudu. Mõnedel kaladel, näiteks haidel, on selleks rohkem kui kaks avaust. Luukaladel on kummalgi küljel ainult üks lõhe, mida kaitseb luuplaat. Kahepaiksete vastsetel on kehavälised lõpused.
Mitmed kalaliigid võivad pikka aega veest väljas elada, näiteks mudahüpikud võivad päevi maal veeta või elada seisvas ja hapnikuvaeses vees. Paljud sellised kalad hingavad korraga mitme mehhanismi abil. Angerjad ja mudahüpikud võivad lisaks lõpustele hingata ka naha kaudu. Elektriangerjad omastavad hapnikku põsekoobaste kaudu. Mõned sägade liigid hingavad seedetrakti kaudu. Kopskalade kopsud sarnanevad maismaaselgroogsete omadega, mistõttu peavad nad käima veepinnal hingamas.
Õhu hingamine on kaladele kasulik peamiselt sellistes elupaikades, kus vee hapnikusisaldus kõigub sesoonselt. Kalad, kes sõltuvad ainult vees lahustunud hapnikust, lämbuvad, aga õhuhingajad peavad palju kauem vastu. Mõnel juhul on elupaigas vee asemel ainult muda. Mõned kalad jäävad kuivaperioodiks suveunne.
Õhkuhingavad kalad võib jagada kahte rühma: esimesse kuuluvad kalad, kes ei saa õhuta ellu jääda, ja teise kalad, kelle jaoks on õhu hingamine lihtsalt alternatiivne meetod hapniku omastamiseks. Enamik õhkuhingavad kalad kuuluvad teise kategooriasse, see aitab neil ka ohtrate veepinnal varitsevate kiskjate eest paremini varjuda.
Taimede hingamine.
Taimede puhul eristatakse pimedushingamist ja valgushingamist (viimast üksnes C3-taimedel). Pimedushingamine kattub universaalse hapnikuhingamisega.