De ce simți nevoia de a respira?

Redactor specializat
Biochimist, psihoterapeut, formare nutriție și terapii complementare
Studii: Facultatea de Biologie și Masterul în Biochimie.
Alte formări: cursuri acreditate de Lucrător Social, Manager proiect și Antreprenoriat, Hipnoză Clinică, Relaxare și Terapie Ericksoniană.

Revizuit de Prof. Dr. Florin Dumitru Mihaltan

Face parte din Comisia pentru managementul clinic şi epidemiologic al COVID-19 din cadrul Ministerului Sănătății. Este șeful Clinicii Pneumologie III, de la Institutul de Pneumoftiziologie „Marius Nasta“ din București și fost Președinte al Societății Române de Pneumologie.


Te-ai întrebat vreodată de ce simți nevoia de a respira? Printre necesitățile organismului nostru, nevoia de a respira este cea mai imperioasă. Putem supraviețui mai multe săptămâni fără mâncare și câteva zile fără apă, dar nu putem sta nici trei minute fără oxigen. Fiecare parte a corpului nostru are nevoie de oxigen, pentru a se menține vie și a funcționa. Inspirăm și expirăm de mii de ori într-o singură zi, dar în cea mai mare parte a timpului nu suntem conștienți de acest lucru.  Respirația este centrul vieții, pentru că furnizează energia ce stă la baza supraviețuirii organismului și tuturor activităților sale.  Cum se explică faptul că avem o nevoie irepresibilă de a respira? Ce se întâmplă atunci când respirația se oprește? De ce este respirația esențială? Deși acestea par întrebări banale, în realitate mecanismele respirației și modul în care ea este controlată sunt destul de greu de înțeles.

De ce simți nevoia de  a respira

Funcțiile zilnice ale corpului, cum ar fi digestia alimentelor, mișcarea mușchilor sau chiar gândirea, au nevoie de oxigen. Când se întâmplă aceste procese, se consumă energie și se produce dioxid de carbon, rezultat ca material rezidual. Sarcina plămânilor este de a furniza corpului tău oxigen și de a elimina gazele reziduale, respectiv dioxidul de carbon.

Creierul primește în mod constant semnale de la corp, care îi permit să  detecteze cantitatea de oxigen și dioxid de carbon din sânge. Pentru ca organismul să se mențină viu, este necesar să aibă suficient oxigen și să nu fie intoxicat de prea mult dioxid de carbon. Deci, nevoia de a respira este comandată de creier, atunci când au loc modificări ale cantității de CO2 și oxigen din sânge.

Acest proces de reglare a respirației este foarte complex și implică o serie de receptori și de centri nervoși.

Rata și profunzimea respirației sunt controlate automat de centrii respiratorii din creier, care primesc informații de la chemoreceptorii periferici și centrali și care dictează nevoia de a respira.

Chemoreceptorii monitorizează continuu presiunile parțiale de dioxid de carbon și oxigen din sângele arterial. Chemoreceptorii de la nivelul bulbului rahidian sunt sensibili la pH-ul sanguin și la presiunea parțială a dioxidului de carbon din sânge și lichidul cefalorahidian.

Al doilea grup de chemoreceptori măsoară presiunea parțială a oxigenului din sângele arterial. Împreună, aceștia din urmă sunt cunoscuți ca chemoreceptori periferici și sunt situați la nivel aortic și carotidian.

Informațiile de la toți acești chemoreceptori sunt transmise către centrii respiratorii din puntea lui Varoglio și bulbul rahidian, care răspund la fluctuațiile presiunilor parțiale de dioxid de carbon și oxigen din sângele arterial, ajustând rata și amplitudinea respirației. Nevoia de a respira este condiționată de nivelul de CO2 din sânge, implicit de pH-ul sanguin, astfel încât presiunea parțială a dioxidului de carbon să se mențină la valoarea de 5,3 kPa (40 mm Hg), pH-ul la 7,4 și, într-o măsură mai mică, presiunea parțială a oxigenului la 13 kPa (100 mm Hg).

Imediat ce nivelul CO2 din sânge crește, acest lucru  este simțit de chemoreceptorii din trunchiul creierului, care trimit informația către centrii respiratori, ce comandă creșterea vitezei și amplitudinii. În felul acesta, presiunile parțiale de dioxid de carbon și oxigen din sângele arterial revin aproape imediat la nivelurile optimale.

Cu alte cuvinte, principalul semnal care declanșează nevoia de a respira nu este atât lipsa de oxigen, cât acumularea de dioxid de carbon. Când mușchii își desfășoară activitățile, oxigenul este consumat și dioxidul de carbon – produsul rezidual – se acumulează în celule. Creșterea activității musculare înseamnă utilizarea crescută a oxigenului, creșterea producției de ATP care formează glucoză și, prin urmare, niveluri crescute de dioxid de carbon.

Dioxidul de carbon difuzează din celule în sânge. Sângele încărcat cu CO2 este transportat de vene spre inimă, de unde este pompat în sistemul pulmonar.

În timp ce sângele cu dioxid de carbon se deplasează prin vene, detectoarele din creier și vasele de sânge (chemoreceptorii) măsoară pH-ul sângelui. Odată cu creșterea nivelului de dioxid de carbon, scade pH-ul din sânge (sângele devine mai acid). Acest semnal este preluat de chemoreceptorii centrali și, prin mecanisme de feedback, semnalele sunt trimise către musculatura și organele implicate în respirație, iar dioxidul de carbon care a difuzat în plămâni este expulzat prin expirație.

Nevoia de a respira este comandată, deci, prin semnale nervoase, pe baza modificărilor conținutului de dioxid de carbon și de oxigen din sânge. Fără oxigen, toate organele ar intra în colaps, iar excesul de dioxid de carbon (hipercapnia) ar determina intoxicarea organismului.

Pe măsură ce nivelul de CO2 crește în fluxul sanguin, acesta stimulează impulsul de respirație. Dacă rata respirației nu este suficientă pentru a menține nivelul optim de Co2, centrii respiratori răspund prin creșterea acestei rate.

Când murim, unul dintre semnele morții este încetarea respirației. Oxigenul încetează să se difuzeze în sânge și, pe măsură ce ATP este epuizat și nu suntem capabili să sintetizăm mai mult, devenim cianotici. Rămânem fără energie și toate procesele corpului încetează. În creier, diferența de potențial (măsurată în volți) devine aceeași în interiorul și în afara neuronilor, iar activitatea electrică se oprește. Creierul încetează orice activitate, inclusiv activitatea involuntară necesară pentru a susține viața.

Cum are loc respirația

Creierul este cel care trimite semnale către mușchii implicați în respirație și reglează rata respiratorie, în funcție de cât de activă este o persoană. În mod normal, respirăm de circa 12-16 ori pe minut.

În cazul unei activități intense, frecvența respirației poate crește până la aproximativ 40-60 de ori pe minut, pentru a face față cererii suplimentare de oxigen. Livrarea de oxigen către mușchi se accelerează, astfel încât aceștia să își poată realiza sarcinile în mod eficient. Intensificarea respirației împiedică, de asemenea, acumularea de dioxid de carbon în sânge

”Menținerea PO2, a PCO2 și a pH-ului sangvin cât mai aproape de limitele normale în timpul efortului fizic necesită o coordonare perfectă între sistemele cardiovascular și respirator. Aceasta se realizează, în mare măsură, prin reglarea involuntară a ventilației pulmonare. Acest control nu este încă în totalitate elucidat, din cauza complexității legăturilor nervoase implicate. Mușchii respiratori sunt activați prin intermediul motoneuronilor sub controlul centrilor respiratori din trunchiul cerebral (centrul inspirator și expirator din bulbul rahidian), acești centrii dictând ritmul și amplitudinea respiratorie. În același timp, centrii superiori corticali pot prelua controlul voluntar al respirației, aceștia comunicând direct cu motoneuronii mușchilor respiratori. Alte două centre participă la reglarea ventilației – centrul apneustic stimulează centrul inspirator din bulb, permițând prelungirea inspirului, iar centrul pneumotaxic trimite impulsuri inhibitorii cu rolul de a regla volumul inspirator.”, arată  dr. Ioana Bădeanu, în cadrul revistagalenus.ro

Centrii respiratori comunică cu mușchii respirației prin intermediul nervilor motori, dintre care nervii frenici, care inervează diafragma, sunt probabil cei mai importanți.

Contracția mușchilor respiratori (diafragma, mușchii intercostali) face ca toracele să se extindă, iar plămânii urmează această mișcare de expansiune, umplându-se cu aer. Prin activarea unor mușchi suplimentari, poate fi inspirată o cantitate suplimentară de aer, de data aceasta printr-o formă activă, forțată de respirație. În timpul expirației, musculatura se relaxează, iar pieptul și abdomenul se reîntorc în poziția de repaus, în vreme ce plămânii își micșorează volumul și aerul cu dioxid de carbon este expirat. Mușchii abdominali pot fi contractați și voluntar, în loc să fie pasivi, ceea ce scade dimensiunea cutiei toracice și împinge organele abdominale în sus, ducând la eliminarea unei cantități suplimentare de aer printr-o expirație forțată.

În timpul inspirației, presiunea atmosferică fiind mai mare ca cea intrapulmonară, aerul pătrunde în plămâni, iar când presiunea intrapulmonară o depășește pe cea atmosferică, aerul este expulzat, prin expirație. Nevoia de a respira pune în mișcare toată această mecanică a respirației, controlată de centrii nervoși din creier și măduva spinării.

Ne schimbăm respirația pentru a se potrivi cu activitatea noastră. Când se activează mușchii scheletici, folosim energie și, prin urmare, avem nevoie de mai multă glucoză și oxigen. Pe măsură ce mușchii se mișcă mai mult – de exemplu, dacă trecem de la mers pe jos la alergare – inima pompează mai repede (crește frecvența cardiacă), pentru a crește fluxul de sânge către mușchi și respirăm mai repede (crește frecvența respiratorie),  pentru a crește aportul de oxigen în sânge.

Rata respiratorie poate fi crescută sau scăzută pentru a se potrivi cantității de oxigen necesare. Pentru a crește rata respiratorie, efectorii din plămâni sunt declanșați pentru a ventila (inspira și expira) mai repede, astfel încât dioxidul de carbon este îndepărtat și oxigenul adus mai repede. În același timp, creierul trimite mesaje către inimă, determinând-o să bată mai repede, pompând sângele oxigenat către celule. Profunzimea respirației poate fi, de asemenea, modificată, astfel încât un volum mai mare sau mai mic de aer să pătrundă în plămâni.

Poți controla nevoia de a respira?

Respirația poate fi oprită pentru scurtă vreme în mod voluntar, dar numai până când nivelul de oxigen din sânge scade până la limita hipoxiei. Respirația automată poate fi stopată pe termen scurt, de exemplu pentru a facilita activități precum înotul, vorbirea, cântatul sau alt antrenament vocal. Este imposibil să suprimăm însă nevoia de a respira dincolo de o anumită limită, care poate fi crescută prin antrenament.  Scufundarea, în special a feței, în apă rece, declanșează un răspuns numit reflex de scufundare, care are ca rezultat inițial închiderea căilor respiratorii împotriva fluxului de apă și oprirea respirației. Rata metabolică încetinește. Acest lucru este asociat cu o vasoconstricție intensă a arterelor la nivelul membrelor și a viscerelor abdominale, rezervând oxigenul aproape exclusiv pentru inimă și creier. Reflexul de scufundare este foarte dezvoltat la animalele care au nevoie în mod obișnuit de scufundare, cum ar fi pinguinii, focile și balenele. Acest reflex este mai eficient la sugarii și copiii foarte mici, decât la adulți.

Majoritatea oamenilor pot să-și țină respirația între 30 de secunde și 2 minute, acest interval crescând la persoanele foarte antrenate. De exemplu, conform Guinness Book, recordul de stopare a respirației este de 24 minute și 3 secunde, de neimaginat pentru majoritatea dintre noi.

Ce se întâmplă în mod obișnuit când ne ținem respirația și de ce simțim nevoia de a respira?

În primele 30 de secunde, s-ar putea să te simți relaxat, să închizi ochii și să asculți zgomotele din jur.

Între 30 de secunde și 2 minute vei începe să simți o senzație de disconfort în piept, la nivel pulmonar și la nivelul întregului corp. Oamenii cred, în mod eronat, că această senzație este generată de faptul că rămân fără oxigen, dar, în realitate, nevoia imperioasă de a respira este condiționată mai ales de acumularea dioxidului de carbon în sânge, care poate fi periculoasă când trece peste o anumită limită.

Între 2 și 3 minute de ținere a respirației, stomacul tău începe să se contracte rapid. Acest lucru se datorează faptului că diafragma încearcă să te forțeze să respiri. Nevoia de a respira devine atunci din ce în ce mai puternică.

Între 3 minute și 5 minute de stopare a respirației vei începe să te simți amețit. Pe măsură ce CO₂ crește din ce în ce mai mult, acesta împinge oxigenul din fluxul sanguin și reduce cantitatea de sânge oxigenat care ajunge la creier.

Între 5 și 6 minute de abținere de la respirat, corpul tău va începe să tremure pe măsură ce mușchii încep să se contracte necontrolat. Acesta este momentul în care reținerea respirației poate deveni periculoasă.

Peste 6 minute poate apărea cianozarea corpului. Creierul are mare nevoie de oxigen, așa că este posibil să apară starea de inconștiență, astfel încât mecanismele tale de respirație automată să reînceapă. Dacă ești sub apă, probabil vei inhala apă în plămâni, ceea ce pune viața în pericol.

Stoparea respirației poate avea o serie întreagă de efecte negative:

  • Scăderea ritmului cardiac, din cauza lipsei de oxigen
  • Acumularea de CO₂ în fluxul sanguin
  • Narcoză cu azot, o acumulare periculoasă de gaze cu azot în sânge care te pot face să te simți dezorientat sau în stare de ebrietate
  • Apariția bolii de decompresie, care se instalează atunci când azotul din sânge formează bule în fluxul sanguin în loc să se elibereze din sânge când scade presiunea apei (frecventă în rândul scafandrilor)
  • Pierderea conștienței
  • Edem pulmonar (acumulare de lichid în plămâni)
  • Hemoragie alveolară sau sângerare în plămâni
  • Leziuni pulmonare care pot duce la colaps pulmonar total
  • Pierderea completă a fluxului de sânge către inimă, care poate determina oprirea bătăilor inimii (stop cardiac)
  • Acumularea de specii periculoase de oxigen reactiv, care pot deteriora ADN-ul
  • Leziuni cerebrale din cauza unei proteine (S100B) care pătrunde din fluxul sanguin în creier prin bariera hematoencefalică atunci când celulele sunt deteriorate din cauza lipsei de oxigen

Surse: