Dýchání kůží

Dýchání je u většiny živočišných i rostlinných druhů základní způsob, jímž se kyslík dostává do tkání a buněk, kde probíhá pomalá oxidace cukrů, tuků i bílkovin a uskladňuje se jejich chemická energie ve formě všestranně využitelného adenosintrifosfátu (ATP). Je pravda, že základní způsob přijímání kyslíku z okolního prostředí je celým povrchem těla, přes epidermis, popřípadě pomocí vchlípenin, jako je anální otvor nebo různé útvary v přední části těla. Tak je to u mnoha jednodušších vodních živočichů a obojživelníků, kteří se hodně spoléhají na kožní dýchání, přestože mají často už specializované dýchací orgány, vaky či žábry, nebo dýchají rozvětveným střevem či celou trávicí soustavou (ostnokožci).

Přes epidermis [ř. epi – na, derma – kůže, svrchní pokožku rostlin a bezobratlých, tvořenou jednou vrstvou buněk) lze přijímat kyslík jak z vody, tak ze vzduchu, avšak u suchozemských živočichů musí být při tom tělo zvlhčeno a ne vždy je pocení dost účinné. Drobní a vlhcí živočichové jsou často závislí jen na epidermálním dýchání vzdušného kyslíku (což má něco do sebe, protože ve vzduchu je víc kyslíku než toho rozpuštěného ve vodě) a naproti tomu nemohou v dostatečné míře přijímat kyslík z vody. Například žížala má kompletně epidermální dýchání, ale při dešti prchá z půdy na povrch (proto se jí říká dešťovka), aby se neutopila. Takové epidermální dýchání je vyvinuto u všech skupin vodních bezobratlých.

Obratlovci dýchají také povrchem těla, ale přes vícevrstevnou kůži, proto mluvíme o dýchání kožním. Někdy zcela postačí k životu, třebas za sníženého metabolismu (během hibernace, estivace apod.), zvláště když je pokožka bez šupin, je tvořena malým počtem vrstev, a tedy zaručuje rychlou difuzi O₂ a CO₂. Především ale musí být pokožka neustále vlhká, což je nezbytná podmínka. Platí ostatně i pro plíce, ty také musí být vždycky dostatečně vlhké (viz problémy s cystickou fibrózou, Vesmír 75, 365, 1996/7; 85, 263, 2006/5). Tak je to u mnoha vodních obratlovců a u obojživelníků, kteří mají kůži poměrně tenkou a permanentně vlhkou. Známe dokonce žábu – kuňku Barbourula kalimantanensis – která v chladných potůčcích na Borneu dýchá jen kůží a vůbec nemá plíce (viz glosu Pavly Havelkové Vesmír 87, 346, 2008/6), podobně jako někteří červoři (beznozí obojživelníci). U člověka a jiných suchozemských savců (myš aj.) je kožní dýchání poměrně zanedbatelné. Souvisí to nejen s vlastnostmi většinou naší poměrně suché kůže, ale i s celkovou velikostí těla a rychlejším metabolismem, vyžadujícím víc kyslíku. Proto jsou u mnohobuněčných a pohyblivých živočichů speciální dýchací orgány, a tak se u nich sice dýchání celým povrchem těla v omezené míře zachovává, ale jen jako velmi minoritní.

Nedorozuměním je představa, že při těžkých popáleninách pacienti umírají výpadkem kožního dýchání. Popáleniny nad 10 % povrchu těla ohrožují život především rozvojem šoku, tj. ztrátou tekutin, bolestí (i když při popáleninách III. stupně jsou už kožní receptory bolesti zničeny a bolest je menší), tepelným postižením dýchacích cest, infekcí a také poruchou regulační kapacity kůže (ta se v poslední době experimentálně studuje). U popálených osob selže funkce kůže jako fyziologicky významného regulátoru jiných tělesných systémů, včetně dýchání plicního. Kůže je totiž výborným čidlem pro zjištění, kolik kyslíku je ve vzduchu. Jako přímý senzor kyslíku poměrně rychle rozezná, je-li ho ve vzduchu méně (proto na velehorách mnozí z nás trpí hypoxií). V kožních buňkách jsou kyslíkové receptory, podobně jako v plicích. Dávají několik důležitých povelů a jedním z nich je chemický signál zvyšující prokrvení kůže. Pomocí genu HIF-1alfa (hypoxia-responsive transcription factor) se aktivuje kapilární řečiště, rozšiřují se cévy v kůži a kyslík se lépe využívá. Tím se ale snižuje krevní zásobení tělesného jádra, především ledvin a jater, orgánů s velkým metabolickým obratem. Ty na nedostatek kyslíku reagují zvýšenou produkcí hormonu erytropoetinu (EPO). Ten povzbuzuje tvorbu červených krvinek (erytropoézu). A v tom tkví podstata nejen vysokohorské adaptace na nedostatek kyslíku, ale i nepovoleného sportovního dopingu. Význam kožní signalizace při hypoxii dokázaly následující pokusy: Když byly kožní buňky laboratorních myšek zbaveny genu HIF-1alfa (a jinde v těle byl tento gen ponechán), jejich přizpůsobení nedostatku kyslíku zvýšením kožního průtoku a produkcí erytropoetinu téměř zmizela. Pokles však bylo možné zvrátit a rozšířit cévy například pomocí oxidu dusnatého, který vzniká z nitroglycerinu. Náplasti s touto látkou přiložené na tělíčka myší s nefunkčním genem znovu indukovaly „vysokohorský“ vzrůst prokrvení v kůži, tvorbu erytropoetinu a erytrocytů (Cell 133, 223, 2008). Kůže je tedy dokonalou čínskou zdí organismu a znalostí o mechanismech jejích mnohočetných funkcí přibývá.