Kvėpavimo sistema: struktūra ir veikimas

Žmogaus kvėpavimo sistema susideda iš kvėpavimo takų (viršutinių ir apatinių) ir plaučių. Kvėpavimo sistema yra atsakinga už dujų mainus tarp organizmo ir aplinkos. Kaip yra sukurta kvėpavimo sistema ir kaip ji veikia?

Manoma, kad žmogaus kvėpavimo sistema įgalina kvėpavimą - dujų, būtent deguonies ir anglies dioksido, mainų tarp organizmo ir aplinkos procesą. Kiekvienai mūsų kūno ląstelei reikia deguonies, kad ji galėtų tinkamai veikti ir generuoti energiją. Kvėpavimo procesas yra suskirstytas į:

• išorinis kvėpavimas - deguonies atnešimas į ląsteles
• vidinis kvėpavimas - viduląstelinis

Išorinis kvėpavimas atsiranda dėl kvėpavimo sistemos sinchronizacijos su nervų centrais ir yra suskirstytas į keletą procesų:

• plaučių ventiliacija
• dujų difuzija tarp alveolių oro ir kraujo
• dujų transportavimas per kraują
• dujų difuzija tarp kraujo ir ląstelių

Norėdami peržiūrėti šį vaizdo įrašą, įgalinkite „JavaScript“ ir apsvarstykite galimybę pereiti prie žiniatinklio naršyklės, palaikančios vaizdo įrašus

Kvėpavimo sistemos struktūra

Kvėpavimo takai susideda iš:

• viršutinius kvėpavimo takus, t. y. nosies ertmę (mūsų ertmė) ir gerklės (ryklė)
• apatiniai kvėpavimo takai: gerklės (gerklų), trachėja (trachėja), bronchas (bronchai) - dešinė ir kairė, kurios toliau skirstomos į mažesnes šakas, o mažiausios - į bronchioles (bronchioliai)

Paskutinė kvėpavimo takų dalis veda į alveoles (alveolių pulmonales). Įkvėptas oras praeina per kvėpavimo takus ir yra valomas nuo dulkių, bakterijų ir kitų smulkių priemaišų, drėkinamas ir pašildomas. Kita vertus, bronchų struktūra, derinant kremzlę, elastingus ir lygiųjų raumenų elementus, leidžia reguliuoti jų skersmenį. Gerklė yra vieta, kur susikerta kvėpavimo ir virškinimo sistemos. Dėl šios priežasties rijimo metu kvėpavimas sustoja, o kvėpavimo takai užsidaro per epiglotį.

• plaučiai - suporuoti organai, esantys krūtinėje.

Kalbant apie anatominius ir funkcinius aspektus, plaučiai yra suskirstyti į skiltis (kairysis plaučiai į dvi skiltis, o dešinysis į tris), skiltelės dar skirstomos į segmentus, segmentai į skilteles ir skiltelės į grupes.

Kiekvieną plaučius supa du jungiamojo audinio sluoksniai - parietalinė pleura (pleura parietalis) ir plaučių pleuros (pleura pulmonalis). Tarp jų yra pleuros ertmė (cavum pleurae), o jame esantis skystis leidžia sukibti plaučių pleura padengtą plaučius prie parietalinės pleuros, susiliejusios su vidine krūtinės sienele.Bronchų patekimo į plaučius vietoje yra plaučių ertmės, į kurias, be bronchų, patenka ir arterijos bei plaučių venos.
Be to, sudėtingame kvėpavimo procese dalyvauja griaučių raumenys, kraujo ir širdies bei kraujagyslių sistemos ir nervų centrai.

Plaučių ventiliacija

Vėdinimo esmė yra atmosferos oro pritraukimas į alveoles. Kadangi oras visada teka nuo didesnio slėgio iki žemesnio slėgio, kiekviena įkvėpimo ir iškvėpimo dalis dalyvauja atitinkamos raumenų grupės, leidžiančios siurbti ir slėgti krūtinę.

Iškvėpimo pabaigoje slėgis alveolėse yra lygus atmosferos slėgiui, tačiau, patekus į orą, diafragma susitraukia (diafragma) ir išoriniai tarpšonkauliniai raumenys (musculi intercostales externi), kurio dėka krūtinės apimtis padidėja ir susidaro vakuumas, kuris įsiurbia orą.

Padidėjus ventiliacijos poreikiui, įsijungia papildomi įkvėpimo raumenys: krūtinkaulio raumenys (musculi sternocleidomastoideikrūtinės raumenys (musculi pectorales minores), priekiniai dantytieji raumenys (musculi serrati anteriores), trapecijos raumenys (musculi trapezii), levatoriaus mentės raumenys (musculi levatores mentės), didesni ir mažesni lygiagretainiai raumenys (musculi rhomboidei maiores et minores) ir įstrižus raumenis (muskuliai susiliejo).

Kitas žingsnis - iškvėpimas. Jis prasideda, kai įkvepiamieji raumenys atsipalaiduoja įkvepiant. Paprastai tai yra pasyvus procesas, nes jėgų, kurias sukuria ištempti elastiniai elementai plaučių audinyje, pakanka, kad krūtinės apimtis sumažėtų. Alveolių slėgis pakyla virš atmosferos slėgio, o dėl susidariusio slėgio skirtumo oras pašalinamas į išorę.

Stipriai iškvepiant, situacija šiek tiek kitokia. Su tuo susiduriame, kai kvėpavimo ritmas yra lėtas, kai iškvėpiant reikia įveikti padidėjusį kvėpavimo pasipriešinimą, pvz., Sergant kai kuriomis plaučių ligomis, bet ir atliekant fonavimo veiklą, ypač dainuojant ar grojant pučiamiesiems instrumentams. Stimuliuojami iškvėpimo raumenų motoneuronai, kurie apima: vidinius tarpšonkaulinius raumenis (musculi intercostales interni) ir priekinės pilvo sienos raumenys, ypač pilvo tiesiosios žarnos (musculi recti abdominis).

Kvėpavimo dažnis

Kvėpavimo dažnis labai kinta ir priklauso nuo daugelio skirtingų veiksnių. Ilsintis suaugusysis turėtų kvėpuoti 7-20 kartų per minutę. Veiksniai, dėl kurių padidėja kvėpavimo dažnis, profesionaliai vadinamas tachipnėja, yra fiziniai pratimai, plaučių problemos ir ekstrapulmoninis kvėpavimo sutrikimas. Kita vertus, bradipnėja, t. Y. Reikšmingas iškvėpimų skaičiaus sumažėjimas, gali atsirasti dėl neurologinių ligų ar centrinio narkotinių vaistų šalutinio poveikio. Vaikai šiuo požiūriu skiriasi nuo suaugusiųjų: kuo mažesnis mažylis, tuo didesnis fiziologinis kvėpavimo dažnis.

Plaučių tūriai ir pajėgumai

• TLC (bendras plaučių tūris) - tūris, kuris yra plaučiuose po giliausio įkvėpimo
• IC - įkvėpimo talpa - ištraukiama į plaučius giliausio įkvėpimo metu po ramaus iškvėpimo
• IRV (įkvepiamojo rezervo tūris) - įkvepiamojo rezervo tūris - ištraukiamas į plaučius maksimalaus įkvėpimo metu, atliekamo laisvo įkvėpimo viršuje.
• TV (potvynio tūris) - potvynio tūris - įkvepiamas ir iškvepiamas laisvai įkvepiant ir iškvepiant
• FRC - funkcinis liekamasis pajėgumas - išlieka plaučiuose po lėto iškvėpimo
• ERV (iškvėpimo rezervinis tūris) - iškvėpimo rezervinis tūris - pašalinamas iš plaučių maksimalaus iškvėpimo metu po laisvo įkvėpimo
• RV (liekamasis tūris) - likutinis tūris - visada lieka plaučiuose maksimalaus iškvėpimo metu
• VC (gyvybinė talpa) - gyvybinė talpa - pašalinama iš plaučių maksimaliai įkvėpus maksimalaus iškvėpimo metu
• IVC (įkvepiamas gyvybinis pajėgumas) - įkvepiamas gyvybinis pajėgumas - ištraukiamas į plaučius po giliausio iškvėpimo maksimaliai įkvėpus; gali būti šiek tiek didesnis nei VC, nes maksimaliai iškvėpus, o po to maksimaliai įkvėpus, alveolių laidininkai užsidaro prieš pašalinant burbuliukus užpildantį orą

Įkvėpus laisvo potvynio potvynio tūris yra 500 ml. Tačiau ne visas šis tūris pasiekia alveoles. Maždaug 150 ml užpildo kvėpavimo takus, kurie neturi sąlygų dujų mainams tarp oro ir kraujo, t. Y. Nosies ertmės, gerklės, gerklų, trachėjos, bronchų ir bronchiolių. Tai vadinama anatominė kvėpavimo takų negyvoji erdvė. Likę 350 ml sumaišomi su oru, kuris sudaro likutinę funkcinę talpą, tuo pačiu metu kaitinamas ir prisotinamas vandens garais. Alveolėse ne visas oras vėl yra dujinis. Kai kurių folikulų sienelių kapiliaruose nėra kraujo arba jo teka per mažai, kad visas oras būtų panaudotas dujų mainams. Tai fiziologinė kvėpavimo takų negyvoji erdvė, o sveikiems žmonėms jos yra nedaug. Deja, ligos būklėse jis gali žymiai padidėti.

Vidutinis kvėpavimo dažnis ramybės būsenoje yra 16 per minutę, o potvynio potvynio tūris yra 500 ml, padauginus šias dvi vertes, gauname plaučių ventiliaciją. Iš to išplaukia, kad per minutę įkvepiama ir iškvepiama apie 8 litrai oro. Atliekant greitą ir gilų kvėpavimą, vertė gali žymiai padidėti, net nuo keliolikos iki dvidešimt kartų.

Visi šie sudėtingi parametrai: pajėgumai ir tūriai buvo įvesti ne tik tam, kad mus suklaidintų, bet ir reikšmingai pritaikomi diagnozuojant plaučių ligas. Yra testas - spirometrija, matuojanti: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV ir IRV. Tai būtina diagnozuojant ir stebint tokias ligas kaip astma ir LOPL.

Dujų difuzija tarp alveolinio oro ir kraujo

Alveolės yra pagrindinė plaučių struktūra. Jų yra apie 300–500 milijonų, kurių kiekvieno skersmuo yra nuo 0,15 iki 0,6 mm, o bendras jų plotas yra nuo 50 iki 90 m².

Folikulų sienos yra pastatytos plonu, plokščiu, vieno sluoksnio epiteliu. Be ląstelių, sudarančių epitelį, folikuluose yra dar du ląstelių tipai: makrofagai (žarnyno ląstelės) ir II tipo folikulinės ląstelės, kurios gamina paviršinio aktyvumo medžiagą. Tai baltymų, fosfolipidų ir angliavandenių mišinys, gaunamas iš kraujo riebalų rūgščių. Paviršinio aktyvumo medžiaga, sumažindama paviršiaus įtempimą, neleidžia alveolėms sulipti ir sumažina jėgas, reikalingas plaučiams ištempti. Iš išorės burbuliukai yra padengti kapiliarų tinklu. Į alveoles patekę kapiliarai perneša kraują, kuriame gausu anglies dvideginio, vandens, bet mažai deguonies. Priešingai, alveoliniame ore dalinis deguonies slėgis yra aukštas, o anglies dioksido - mažas. Dujų difuzija vyksta pagal dujų dalelių slėgio gradientą, todėl kapiliariniai eritrocitai sulaiko deguonį iš oro ir atsikrato anglies dioksido. Dujų dalelės turi praeiti per alveolinę sienelę ir kapiliarų sienelę, būtent per: skysčio sluoksnį, dengiantį alveolinį paviršių, alveolinį epitelį, pamatinę membraną ir kapiliarinį endotelį.

Dujų gabenimas krauju

• deguonies pernaša

Pirma, deguonis fiziškai ištirpsta plazmoje, bet paskui per gaubtą difunduoja į raudonąsias kraujo ląsteles, kur susijungia su hemoglobinu ir sudaro oksihemoglobiną (deguonies turinčiu hemoglobinu). Hemoglobinas vaidina labai svarbų vaidmenį perduodant deguonį, nes kiekviena jo molekulė jungiasi su 4 deguonies molekulėmis, taip padidindama kraujo gebėjimą transportuoti deguonį iki 70 kartų. Pernešto deguonies kiekis, ištirpęs plazmoje, yra toks mažas, kad kvėpavimui tai nėra svarbu. Kraujotakos sistemos dėka deguonies prisotintas kraujas pasiekia kiekvieną kūno ląstelę.

• anglies dvideginio pernaša

Anglies dioksidas iš audinių patenka į kapiliarus ir pernešamas į plaučius:

• maždaug 6% fiziškai ištirpsta plazmoje ir eritrocitų citoplazmoje
• maždaug 6% prisijungia prie laisvų plazmos baltymų amino grupių ir hemoglobino (kaip karbamatai)
• dauguma, t. y. apie 88%, kaip HCO3 jonai - surišti bikarbonato buferinės plazmos ir eritrocitų sistemos

Dujų difuzija tarp kraujo ir ląstelių

Dar kartą dujų molekulės audiniuose praeina išilgai slėgio gradiento: iš hemoglobino išsiskiriantis deguonis difunduoja į audinius, o anglies dioksidas - priešinga kryptimi - nuo ląstelių iki plazmos. Dėl skirtingų audinių deguonies poreikio skirtumų yra ir deguonies įtampos skirtumų. Audiniuose, kuriuose vyksta intensyvi medžiagų apykaita, deguonies įtampa yra maža, todėl jie sunaudoja daugiau deguonies, o nutekančiame veniniame kraujyje yra mažiau deguonies ir daugiau anglies dioksido. Arterioveninis deguonies kiekio skirtumas yra parametras, nustatantis deguonies suvartojimo laipsnį audiniuose. Kiekvienas audinys tiekiamas arteriniu krauju, kurio deguonies kiekis yra vienodas, o veniniame kraujyje jo gali būti daugiau ar mažiau.

Vidinis kvėpavimas

Kvėpavimas ląstelių lygiu yra daugiapakopis biocheminis procesas, apimantis organinių junginių, kuriuose gaminama biologiškai naudinga energija, oksidaciją. Tai yra pagrindinis procesas, vykstantis net ir sustabdžius kitus medžiagų apykaitos procesus (anaerobiniai alternatyvūs procesai yra neefektyvūs ir ribotos svarbos).

Pagrindinis vaidmuo tenka mitochondrijoms - ląstelių organeliams, kurie gauna deguonies molekules, difuzines ląstelės viduje. Ant išorinės mitochondrijų membranos yra visi Krebso ciklo (arba trikarboksirūgščių ciklo) fermentai, o ant vidinės - kvėpavimo grandinės fermentai.

Krebso cikle cukrus, baltymai ir riebalų metabolitai oksiduojasi iki anglies dioksido ir vandens, išskirdami laisvuosius vandenilio atomus arba laisvuosius elektronus. Toliau kvėpavimo grandinėje - paskutiniame tarpląstelinio kvėpavimo etape - perduodant elektronus ir protonus į vienas po kito einančius nešiklius, sintetinami didelės energijos fosforo junginiai. Svarbiausias iš jų yra ATP, t. Y. Adenozin-5′-trifosfatas, universalus cheminės energijos nešėjas, naudojamas ląstelių metabolizme. Jį vartoja daugybė fermentų tokiuose procesuose kaip biosintezė, judėjimas ir ląstelių dalijimasis. ATP apdorojimas gyvuose organizmuose yra nenutrūkstamas ir manoma, kad kiekvieną dieną žmogus konvertuoja ATP kiekį, palyginamą su jo kūno svoriu.

Kvėpavimo reguliavimas

Išplėstoje šerdyje yra kvėpavimo centras, kuris reguliuoja kvėpavimo dažnį ir gylį. Jis susideda iš dviejų priešingų funkcijų centrų, pastatytų dviejų tipų neuronų. Abi yra tinklelio darinyje. Atskirame branduolyje ir užpakalinio-dviprasmiško makšties nervo priekinėje dalyje yra įkvėpimo centras, kuris siunčia nervinius impulsus į nugaros smegenis, į įkvepiamųjų raumenų motorinius neuronus. Priešingai, nevienareikšmiame makšties nervo branduolyje ir užpakalinio - dviprasmiško vagio nervo užpakalinėje dalyje yra iškvėpimo centras, kuris stimuliuoja iškvėpimo raumenų motorinius neuronus.

Įkvėpimo centro neuronai kelis kartus per minutę siunčia nervinių impulsų salvę, kuri eina palei šaką, nusileidžiančią iki nugaros smegenyse esančių motorinių neuronų ir tuo pačiu metu, kai aksono šaka kyla į tilto tinklinio formavimosi neuronus. Yra pneumotaksinis centras, kuris 1-2 sekundes slopina įkvėpimo centrą, o tada įkvėpimo centras vėl stimuliuoja. Dėl įkvėpimo centro nuoseklių stimuliavimo ir slopinimo periodų užtikrinamas kvėpavimo ritmas.
Įkvėpimo centrą reguliuoja nerviniai impulsai, atsirandantys:

• gimdos kaklelio ir aortos glomerulų chemoreceptoriai, kurie reaguoja į anglies dvideginio koncentracijos padidėjimą, vandenilio jonų koncentraciją arba reikšmingą arterinės deguonies koncentracijos sumažėjimą; impulsai iš aortos gumulėlių keliauja glosofaringe ir makšties nervuose. o poveikis pagreitina ir pagilina inhaliacijas
• plaučių audinio interoreceptoriai ir krūtinės ląstos proporeceptoriai;
• tarp bronchų lygiųjų raumenų yra infliaciniai mechanoreceptoriai, juos stimuliuoja plaučių audinio ištempimas, kuris sukelia iškvėpimą; tada iškvėpimo metu sumažinus plaučių audinio ruožą, suaktyvinami kiti mechanoreceptoriai, šiuo metu defliaciniai, kurie sukelia įkvėpimą; Šis reiškinys vadinamas Heringo-Breuerio refleksais;
• Krūtinės įkvėpimo ar iškvėpimo padėtis dirgina atitinkamus proporeceptorius ir modifikuoja iškvėpimų dažnį bei gylį: kuo giliau įkvepiama, tuo giliau iškvepiama po jo;
• viršutinių smegenų lygių centrai: smegenų žievė, limbinė sistema, termoreguliacijos centras pagumburio srityje